IoT Gateway là gì?
Trong viễn thông, mục đích chính của IoT Gateway là cung cấp cầu nối giữa các loại công nghệ truyền thông khác nhau. Các công nghệ này có thể khác nhau về kiểu kết nối, giao diện hoặc giao thức. Ví dụ: Internet Gateway tại nhà của bạn kết nối Mạng cục bộ (LAN) với Nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) của bạn. Cổng này liên kết WAN của ISP thông qua các công nghệ như PPP hoặc HDLC với mạng LAN của bạn bằng TCP/IP.
IoT Gateway 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. Cổng kết nối IoT tổng hợp tất cả dữ liệu, dịch các giao thức của cảm biến và xử lý trước dữ liệu trước khi gửi.
Các thiết bị IoT kết nối với IoT Gateway bằng cách sử dụng các chế độ truyền dẫn không dây tầm ngắn như Bluetooth LE, Zigbee, Z-wave hoặc tầm xa như LTE, LTE-M, WiFi, sau đó nó liên kết chúng với Internet (Đám mây công cộng/ Public Cloud) qua Ethernet LAN hoặc WAN cáp quang (HDLC/ PPP).
IoT Gateway hiểu được các chế độ truyền này và các giao thức 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 IoT Gateway
- Cầu nối giao tiếp và giao tiếp M2M.
- Đóng vai trò như một bộ đệm dữ liệu, bộ đệm và thiết bị phát trực tuyến.
- Dịch vụ ngoại tuyến và kiểm soát thời gian thực các thiết bị.
- Tổng hợp dữ liệu.
- Xử lý trước, làm sạch và lọc dữ liệu trước khi gửi.
- 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 mạng ngày nay đều có khả năng tổng hợp dữ liệu. Ví dụ: các cảm biến trong giao thông xe hơi có thể tổng hợp dữ liệu và gửi dữ liệu đó đến dịch vụ phân tích AI trên đám mây. Nhưng để tiếp cận đám mây, trước tiên các cảm biến phải gửi tất cả dữ liệu thô này đến Cổng kết nối IoT.
IoT Gateway tuân theo quy trình đơn giản này.
- Xử lý trước, làm sạch và lọc dữ liệu thô.
- Dịch các giao thức để mã hóa và giao tiếp.
- Gửi dữ liệu đến một điểm đến trên Internet hoặc Intranet.
Lợi ích của việc sử dụng IoT Gateway là gì?
Xử lý trước dữ liệu tại biên để cải thiện thời gian đáp ứng phản hồi
Cổng kết nối IoT cung cấp các khả năng hướng phần mềm tại mạng biên, được gọi là điện toán biên. Cổng kết nối sử dụng sức mạnh này ở rìa để xử lý lượng dữ liệu khổng lồ mà các cảm biến IoT tạo ra. Nếu tất cả dữ liệu này phải được chuyển bằng cổng (bao gồm dữ liệu rác và dữ liệu không cần thiết), độ trễ trong giao tiếp sẽ bị ảnh hưởng đáng kể. Để giảm tình trạng quá tải dữ liệu này, cổng kết nối IoT sử dụng khả năng tính toán biên để thu thập, phân tích và giải mã khối lượng lớn dữ liệu này.
Cổng kết nối IoT có thể xử lý trước và lọc ra dữ liệu không cần thiết ở điểm cuối để có ít dữ liệu được chuyển tiếp hơn.
Cung cấp bảo mật cho dữ liệu IoT bằng cách thêm một tuyến phòng thủ bổ sung
Một đồ chơi thông minh IoT có tên My Friend Cayla đã bị cấm ở Đức vì nó bị dán nhãn là thiết bị gián điệp. Đồ chơi không có bất kỳ tiêu chuẩn an ninh nào. Một người có thể hack nó và 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, ô tô tự lái, video giám sát, và thậm chí toàn bộ nhà máy thực phẩm, bị đột nhập.
Cổng kết nối IoT cung cấp tuyến phòng thủ đầu tiên. Nó làm giảm tiếp xúc với Internet và các bên ngoài khác. Tất cả các thiết bị IoT phải được kết nối với cổng để giao tiếp, khiến nó trở thành mục tiêu đầu tiên của một cuộc tấn công. Nếu không có cổng vào giữa giao tiếp, toàn bộ hệ sinh thái IoT sẽ gặp rủi ro.
Cải thiện hiệu quả năng lượng trên các thiết bị IoT
IoT đang giúp cho việc lái xe trở nên an toàn thông qua các cảm biến được triển khai trên đường, đèn giao thông và lối đi 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 đến tháp di động hoặc vệ tinh, tiêu thụ lượng điện năng lớn.
Các ứng dụng như ứng dụng này thường không thành công vì cảm biến / thiết bị truyền động có tuổi thọ pin hạn chế. Trong các trường hợp khác, ngay cả các công nghệ tiêu tốn nhiều năng lượng như Bluetooth và WiFi cũng không được hầu hết các cảm biến IoT này hỗ trợ. Nhưng một cổng IoT gần đó được kết nối với lưới điện có thể đóng vai trò như một cầu nối để rút ngắn các phạm vi tín hiệu đó và quản lý tất cả các giao tiếp của cảm biến.
Với cách tiếp cận này, các cảm biến chỉ cần một dải tín hiệu khoảng cách ngắn, vì vậy chúng sử dụng bộ đàm công suất thấp và do đó tiết kiệm được thời lượng pin quý giá.
Dịch tất cả các loại kết nối IoT hỗn hợp thành một giao thức tiêu chuẩn duy nhất
Công việc của các cảm biến IoT là thu thập dữ liệu từ môi trường bên ngoài và gửi đến máy phân tích (trên đám mây hoặc máy chủ). Trong một ứng dụng, chẳng hạn như “lái xe an toàn”, dữ liệu được cảm nhận từ một loạt các 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 mà 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 họ đến một nền tảng phân tích trung tâm.
Nhưng nếu có 25 tỷ thiết bị IoT vào năm 2021, thì sẽ có một hệ sinh thái rộng lớn gồm các giao thức, quy tắc và tiêu chuẩn truyền tải. Một cổng kết nối IoT phải có thể hiểu nhiều giao thức này và chuyển giao tiếp từ cảm biến sang đám mây.
Các tình huống trường hợp sử dụng IoT Gateway
Dưới đây là một số ví dụ về các trường hợp sử dụng thực tế trong đó các cổng IoT có thể được sử dụng. Mọi trường hợp đều đi kèm với một ví dụ về thiết bị cổng IoT. Có rất nhiều lớp và các loại cổng IoT khác nhau, nhưng các cổng kết nối ở đây phù hợp với từng trường hợp.
IoT Gateway có thể cung cấp giao tiếp an toàn trong các lĩnh vực CNTT và OT công nghiệp
IoT có thể giúp ngành vận chuyển container bằng cách theo dõi mọi container và cải thiện tính bảo mật của chúng. Thách thức là các container vận chuyển thường nằm xung quanh các khu vực ẩm ướt và có nhiệt độ rộng. Cổng IoT cho loại 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.
Kết luận
Trong một thế giới không có cổng, thiết bị của chúng tôi không thể giao tiếp với Internet hoặc các mạng bên ngoài. Các cổng kết nối thực hiện nhiệm vụ tiêu chuẩn của một bộ định tuyến là chuyển tiếp các gói tin trong môi trường đa bước. Nhưng nó cũng có khả năng kết nối các thiết bị khác nhau với các công nghệ khác nhau.
Cổng kết nối IoT là một yếu tố quan trọng 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 đám mây gốc, v.v. Nó giúp giảm độ trễ và cải thiện dung lượng ở biên bằng cách xử lý trước thông tin thô. Cổng IoT cũng cung cấp một dòng bảo mật bổ sung trong các môi trường dễ bị tấn công này.
