HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

Nguyễn Quý Thành Trung

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG TIÊU CHUẨN KIẾN TRÚC THAM CHIẾU CHO
INTERNET OF THINGS (IoT) Ở VIỆT NAM

Chuyên ngành: Hệ thống thông tin
Mã số: 8480104

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2018


Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hà Hải Nam

Phản biện 1: .................................................................................

Phản biện 2: ..................................................................................

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện
Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc: ....... giờ ....... ngày ....... tháng ....... .. năm ...............

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Thư viện Trường Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Đề tài tập trung nghiên cứu các tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu IoT, đưa ra nguyên lý xây
dựng và khuyến nghị tiêu chuẩn về kiến trúc tham chiếu cho IoT tại Việt Nam.
Nội dung nghiên cứu và bố cục của đề tài:
- Phần Mở Đầu
- Chƣơng 1: Tổng quan về tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu IoT.
Tìm hiểu các định nghĩa, khái niệm về IoT của các tổ chức, đơn vị phát triển công nghệ lớn
trên thế giới. Các đặc điểm đặc trưng của các hệ thống IoT. Nghiên cứu tổng quan về kiến trúc tham
chiếu IoT, những yêu cầu chung, các vấn đề và khía cạnh cần có của một kiến trúc tham chiếu IoT.


2
- Chƣơng 2: Nghiên cứu tình hình xây dựng tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu IoT hiện
nay.
Nghiên cứu, so sánh, đánh giá kiến trúc tham chiếu IoT của một số tổ chức, đơn vị phát triển
công nghệ trên thế giới: Microsoft Azure IoT RA, WSO2 IoT RA. Nghiên cứu tình hình phát triển
IoT của các tổ chức, đơn vị và doanh nghiệp ICT trong nước, đánh giá hiện trạng và nhu cầu chuẩn
hóa về kiến trúc tham chiếu cho IoT ở Việt Nam.
- Chƣơng 3: Khuyến nghị tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu cho IoT tại Việt Nam.
Nghiên cứu, phân tích các yêu cầu chung, các khía cạnh của một kiến trúc tham chiếu IoT,
các tiêu chuẩn, quy chuẩn cần có đối với một kiến trúc tham chiếu IoT, từ đó đề xuất nguyên lý xây
dựng tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu cho IoT. Xây dựng và khuyến nghị tiêu chuẩn kiến trúc tham
chiếu cho IoT tại Việt Nam.
- Kết luận


3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TIÊU CHUẨN KIẾN TRÚC THAM CHIẾU IOT
1.1. Internet of things là gì?
1.1.1. Khái niệm
Các định nghĩa về IoT từ một vài tổ chức tiêu biểu.

- Giảm thời gian bằng cách bắt đầu với IoT RA hiện tại và có thể điều chỉnh cho kiến trúc của một
hệ thống IoT mục tiêu;
- Giảm nguy cơ bằng cách: Kết hợp các khả năng toàn cầu cần thiết; Tận dụng các bài học kinh
nghiệm và chuyên môn liên quan được nhúng trong IoT RA.
1.1.2. Đối tượng và mục tiêu


4
Tiêu chuẩn về kiến trúc tham chiếu IoT cung cấp mô hình khái niệm (CM), mô hình tham chiếu
(RM) và kiến trúc tham chiếu (RA) từ các góc nhìn kiến trúc khác nhau.
Kiến trúc tham chiếu IoT phục vụ các mục tiêu sau:
- Mô tả các đặc tính của các hệ thống IoT;
- Xác định các miền của hệ thống IoT;
- Mô tả CM, RM của các hệ thống IoT; các góc nhìn kiến trúc IoT;
- Mô tả khả năng tương tác của các thực thể của hệ thống IoT.
IoT RA hỗ trợ các mục tiêu chuẩn hóa quan trọng sau đây:
- Tạo ra một bộ tiêu chuẩn mang tính quốc tế chặt chẽ cho IoT;
- Cung cấp thông tin tham chiếu độc lập về công nghệ để xác định tiêu chuẩn cho IoT;
- Khuyến khích sự cởi mở và minh bạch trong quá trình phát triển kiến trúc hệ thống IoT và trong
việc xây dựng hệ thống IoT.
IoT RA cũng hướng đến các mục đích sau:
- Tạo thuận lợi cho sự hiểu biết về cấu trúc tổng thể của các hệ thống IoT;
- Minh hoạ và cung cấp các kiến thức về IoT RA với các quan điểm kiến trúc khác nhau;
- Cung cấp một tài liệu tham khảo kỹ thuật để cho phép cộng đồng quốc tế hiểu, thảo luận, phân
loại và so sánh các hệ thống IoT;
- Tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tích các kịch bản hoạt động/ứng dụng bao gồm cả các
luồng dữ liệu/thông tin cụ thể.
1.3. Xu thế tiêu chuẩn hóa trên thế giới liên quan đến kiến trúc tham chiếu cho IoT
Một số tổ chức đã đưa ra các tài liệu khác nhau có nội dung về kiến trúc tham chiếu IoT. Đó là: bản
nháp về tiêu chuẩn IoT RA của ISO [1], tài liệu về kiến trúc tham chiếu cho internet công nghiệp



6

Hình 2: Kiến trúc tham chiếu cho IoT của WSO2
Các thành phần của kiến trúc tham chiếu IoT WSO2 gồm có: lớp thiết bị, lớp truyền thông, lớp tổ
hợp/kênh, lớp xử lý và phân tích sự kiện, lớp truyền thông nội/ngoại, lớp quản lý thiết bị, lớp quản
lý nhận dạng và truy nhập.
b. Đánh giá
Kiến trúc tham chiếu cho IoT của WSO2 được WSO2 khuyến cáo sử dụng trên nền tảng WSO2
(WSO2 Platform), đây là một nền tảng mã nguồn mở dạng mô-đun được phát triển hoàn toàn bởi
WSO2 theo mô hình đám mây. Nền tảng này cung cấp một kiến trúc tổng quan phía máy chủ, bao
gồm cổng kết nối và một số thành phần tham chiếu cho lớp thiết bị.
Kiến trúc tham chiếu cho IoT của WSO2 được mô tả khá đầy đủ, tuy nhiên vẫn còn ở mức tổng
quát và thiếu những quy chuẩn cụ thể để có thể sử dụng làm một tiêu chuẩn về kiến trúc tham chiếu
chung cho các hệ thống IoT.
2.2. Đánh giá hiện trạng và nhu cầu chuẩn hóa về kiến trúc tham chiếu cho IoT ở Việt Nam
2.2.1. Hiện trạng phát triển IoT tại Việt Nam
IoT đã tạo ra cuộc cách mạng công nghệ 4.0 trên thế giới và Việt Nam cũng không nằm ngoài xu
thế đó. Rất nhiều các tổ chức, doanh nghiệp, đơn vị nghiên cứu và phát triển của Việt Nam đã bước
đầu hình thành nên những sản phẩm IoT của mình. Bên cạnh đó, nó còn trở thành xu hướng khởi
nghiệp trong giới trẻ và cộng đồng đam mê công nghệ trong một vài năm trở lại đây.
Trước sự phát triển rất nóng đó, IoT cần có sự quan tâm, hỗ trợ từ phía các cơ quan quản lý nhà
nước về cơ chế, chính sách để có thể tạo ra những bước phát triển đột phá. Bộ Thông tin Truyền
thông đã ban hành thông tư 01/2017/TT-BTTTT về danh mục các sản phẩm công nghệ thông tin
trọng điểm trong đó có các sản phẩm IoT. Đây là một bước đi quan trọng, tạo tiền đề trong việc xây
dựng hành lang pháp lý cũng như môi trường phát triển IoT của Việt Nam trong tương lai.


7

của chúng. Đối với một số ứng dụng, các yêu cầu cụ thể rất quan trọng cho việc triển khai thành
công, như là: tuân thủ quy định, tự chủ, tự cấu hình, khả năng mở rộng, khả năng phát hiện, tính
không đồng nhất, nhận dạng duy nhất, hữu dụng, giao diện chuẩn hóa, xác định thành phần, kết nối
mạng, thời gian thực, vị trí, ngữ cảnh, nội dung, bảo mật, tin cậy, mô-đun, kế thừa, quản trị.
b. Các khía cạnh chính cần có
Tiêu chuẩn về IoT RA cần phải đề cập đến ít nhất là các khía cạnh chính sau đây: khả năng tương
tác của các thực thể IoT, lớp dịch vụ, giao tiếp không giới hạn, cơ sở hạ tầng tài nguyên, các thành
phần thiết bị, phạm vi, khía cạnh phi kỹ thuật, các khía cạnh về kiến trúc, các khía cạnh về nghiệp
vụ, các khía cạnh về truyền thông, các khía cạnh về vật thể, các khía cạnh mạng và một số khía
cạnh khác…
c. Các đặc tính cơ bản cần có


8
Kiến trúc tham chiếu IoT cần có các đặc tính sau: kiến trúc rộng , bao hàm tất cả; thích ứng về kỹ
thuật với các hệ thống; xác định thực thể và các giao diện; các quy trình được trình bày rõ ràng và
phương pháp luận tốt; phương pháp tiếp cận từ trên xuống, mô hình tham chiếu hai cấp; bảo mật và
hỗ trợ các đặc tính liên quan đến sẵn sàng và toàn vẹn; tính mô đun, khả năng mở rộng và hợp tác;
sử dụng phương pháp tiếp cận có tinh trung lập; linh hoạt và có thể cải tiến; bao trùm các hệ thống
IoT, truyền thông và hướng tới khả năng áp dụng trên toàn cầu.
Một nhà thiết kế sẽ sử dụng IoT RA để phát triển kiến trúc hệ thống cho các dịch vụ và ứng dụng cụ
thể, bắt đầu bằng cách tích hợp các thành phần sau: các hệ thống IoT hiện tại và tương lai, truyền
thông và kiến trúc thông tin; các lược đồ cho người dùng/ứng dụng gồm các luồng dữ liệu/thông
tin; các tham số giao tiếp như các yêu cầu về hiệu suất và chức năng, tính bảo mật, chất lượng dịch
vụ (QoS)…
3.1.2. Nguyên lý xây dựng tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu cho IoT
a. Mô hình khái niệm
Mô hình khái niệm là một sản phẩm mang tính trừu tượng cao, nó cung cấp một hình ảnh trực quan
về khái niệm của các miền IoT để các nhà đầu tư và các nhà phát triển biết và hiểu được về góc
nhìn ở mức cao đối với các thành phần kiến trúc của hệ thống IoT.

SRA) và kiến trúc tham chiếu truyền thông IoT (IoT CRA); Hiển thị các thành phần chính của IoT
trong một cấu trúc lớp kết hợp các phần vật lý, ảo, chức năng, logic với nhau; Xác định các lĩnh vực
tiêu chuẩn cần thiết trong các hệ thống IoT bằng cách hiển thị các khoảng cách về các dạng chuẩn
hoặc liệt kê các chuẩn còn thiếu các tiêu chuẩn cùng các yêu cầu; Liên kết các tiêu chuẩn có liên
quan với mỗi thực thể nằm trong khung IoT RA.
Chuẩn hóa các lĩnh vực được xác định từ khung IoT RA: Quy chuẩn – kiến trúc tham chiếu IoT
(IoT RA); Quy chuẩn – sự hợp tác của các nguồn tài nguyên và thành phần kết nối; Các chức năng
tổng quát; Lớp hỗ trợ ứng dụng (ASL); Lớp thiết bị điểm cuối; Các quy chuẩn khác.


10
3.1.3. Các kiến trúc tham chiếu IoT
IoT RA được mô tả bằng ba kiến trúc tham chiếu IoT gồm (1) kiến trúc tham chiếu hệ thống IoT
tổng quát (SRA), hỗ trợ cho các ứng dụng và dịch vụ dự kiến; (2) kiến trúc tham chiếu công nghệ
truyền thông (CRA), được sử dụng bởi hệ thống IoT nhằm liên kết các miền khác nhau để truyền và
nhận dữ liệu/thông tin; và (3) kiến trúc tham chiếu công nghệ thông tin (IRA), được triển khai cho
hệ thống IoT và cung cấp các dữ liệu/thông tin cần thiết cho nhiều người tiêu dùng dữ liệu/thông tin
khác nhau, sử dụng các liên kết truyền thông/dữ liệu được mô tả bởi công nghệ truyền thông. Các
kiến trúc tham chiếu IoT trở thành một kiến trúc hệ thống chuyên về dịch vụ hoặc ứng dụng, hoặc
một kiến trúc hệ thống mục tiêu (ví dụ hệ thống nông nghiệp, hệ thống môi trường, hệ thống lưới
điện thông minh, nhà thông minh, thành phố thông minh, vv.) khi mà RA được thiết kế riêng cho
một tập các yêu cầu cụ thể nào đó.
3.2. Khuyến nghị tiêu chuẩn về kiến trúc tham chiếu cho IoT ở Việt Nam
3.2.1. Mô hình khái niệm
a. Mục tiêu
CM cung cấp một cấu trúc chung cùng các định nghĩa nhằm mô tả các khái niệm và các mối quan
hệ giữa các thực thể trong các hệ thống IoT. Nó phải mang tính khái quát, ngắn gọn và đơn giản. Để
đạt được mục tiêu này thi điều quan trọng là làm rõ các nền tảng cơ bản của các hệ thống IoT bằng
việc trả lời các câu hỏi sau: Mô hình tổng thể của các thực thể IoT và mối quan hệ giữa chúng là gì?
Những khái niệm cơ bản thường có trong một hệ thống IoT là gì? Mối quan hệ giữa các thực thể là

thực thể này. Mạng là một dạng đặc biệt của thực thể.
Nhận dạng
Hầu hết các thực thể trong IoT đặc biệt là thực thể vật lý ("vật") đều có thông tin nhận diện. Giá trị
định danh là một thuộc tính hoặc tên được dùng để xác định các thực thể và được công khai rộng
rãi. Thông thường, định danh chỉ có ý nghĩa trong một ngữ cảnh cụ thể nào đó. Một thực thể có thể
có nhiều định danh, tuy nhiên nó phải có ít nhất một định danh duy nhất trong mỗi bối cảnh nhận
dạng cụ thể mà nhờ đó nó có thể được biết đến.
Dịch vụ, mạng, thiết bị và cổng IoT
Dịch vụ là một khái niệm trừu tượng. Một dịch vụ được thực hiện bởi một hoặc nhiều thành phần
của hệ thống. Một dịch vụ có thể có nhiều cách triển khai khác nhau. Các thực thể có thể tương tác
qua mạng nhờ việc hiển thị đến một hoặc nhiều điểm cuối trên mạng. Mạng kết nối các điểm cuối
với nhau. Một dịch vụ sẽ không hiển thị đến các điểm cuối, hoặc sẽ hiển thị đến nhiều điểm cuối mà
từ đó nó được thể hiện trên mạng. Một điểm cuối có một hoặc nhiều giao diện mạng. Các dịch vụ
nằm cách xa về mặt địa lý có thể được với tới bởi các điểm cuối thông qua các giao diện mạng trên
mạng truyền thông.
Người dùng IoT


12
Người dùng IoT có thể là con người (người dùng thật) hoặc là thành phần kỹ thuật số (người dùng
số). Người dùng số bao gồm các dịch vụ tự động hóa vận hành giống như người dùng thật. Một
người dùng số tương tác với một hoặc nhiều dịch vụ một cách trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua
điểm cuối của nó. Một người dùng thật tương tác thông qua một hoặc nhiều ứng dụng. Một ứng
dụng là một dạng chuyên biệt của dịch vụ và có thể tương tác với các dịch vụ khác.
Thực thể ảo, thực thể vật lý và thiết bị IoT
Bộ truyền động và cảm biến là các thiết bị IoT có liên hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với thực thể vật lý.
Bộ truyền động hoạt động dựa trên thông tin số thu nhận được để tác động (thay đổi) lên một số
thuộc tính của một thực thể vật lý. Bộ cảm biến nhận diện một số đặc tính của một thực thể vật lý
và chuyển đổi chúng thành thông tin dạng số có thể truyền đạt đi. Một thực thể vật lý có thể được
gắn một hoặc nhiều thẻ, và bộ cảm biến có thể theo dõi các thẻ đó thay vì giám sát thực thể vật lý.

-

-

-

Hình 7: Mô hình tham chiếu IoT dựa trên thực thể
Các thiết bị IoT truyền thông với nhau qua mạng. Thông thường, các thiết bị IoT truyền thông
cho nhau bằng một mạng liền kề chuyên dụng có phạm vi tương đối ngắn do các hạn chế về
nguồn năng lượng cũng như việc xử lý thông tin. Tuy nhiên, một số thiết bị có thể giao tiếp ở
quy mô mạng internet bằng cách sử dụng một vài loại mạng truy cập nào đó.
Cổng IoT thường được sử dụng trong các hệ thống IoT. Chúng tạo thành đường kết nối giữa
(các) mạng liền kề cục bộ với mạng truy cập diện rộng. Cổng IoT có thể chứa các thực thể khác
và cung cấp rất nhiều tính năng khác nhau. Cổng IoT thường bao gồm một bộ phận quản lý, cho
phép cung cấp chức năng quản lý từ xa.
Trong hầu hết các hệ thống IoT đều tồn tại nhiều loại ứng dụng và dịch vụ khác nhau, cùng với
các kho dữ liệu cho từng loại. Thông thường sẽ có một kho dữ liệu thiết bị, nơi chứa dữ liệu thu
được từ các thiết bị IoT. Hệ thống cũng có thể có một kho dữ liệu phân tích để chứa các kết quả
từ các dịch vụ phân tích dữ liệu thiết bị cũng như dữ liệu từ các nguồn khác.
Các ứng dụng, dịch vụ và kho dữ liệu khác được dành cho việc vận hành và quản lý hệ thống
IoT. Chúng bao gồm cả kho lưu trữ dữ liệu đăng ký thiết bị cùng với dịch vụ nhận diện thiết bị đi
liền với nó, dịch vụ này cung cấp tính năng tra cứu dành cho các ứng dụng và dịch vụ. Hệ thống
cũng có một ứng dụng quản lý thiết bị cho phép cung cấp năng lực giám sát và quản lý dành cho
các thiết bị IoT trong hệ thống.
Việc truy cập đến các tính năng của hệ thống IoT đối với người dùng được thực hiện bởi các
thực thể chuyên về truy cập và trao đổi. Các thực thể này cung cấp các giao diện có kiểm soát
dành cho các tính năng dịch vụ, cho các chức năng quản trị và cho các chức năng kinh doanh.


14

thành một hệ thống IoT. Góc nhìn này mô tả sự phân bố và sự phụ thuộc giữa các chức năng nhằm
hỗ trợ các hoạt động được mô tả dưới góc nhìn của người dùng, và biểu diễn khái niệm: các chức
năng nội miền và các chức năng liên miền.
Hình 10 biểu diễn quá trình chia nhỏ của các thành phần chức năng của IoT RA. Trong hình này,
hai phần chính là: các chức năng nội miền và các chức năng liên miền. Những thành phần chức
năng không cần thiết đối với một số ứng dụng cụ thể thì có thể sẽ không tồn tại trong hệ thống IoT
tương ứng.


16

Hình 10: Góc nhìn chức năng của IoT RA – phân chia các thành phần chức năng của IoT RA
Góc nhìn hệ thống
Góc nhìn hệ thống mô tả các thành phần tổng quát bao gồm các thiết bị, các hệ thống con, và các
mạng mà chúng tạo thành một hệ thống IoT. Trong khi góc nhìn chức năng mô tả một hệ thống IoT
thông qua các thành phần chức năng của nó, thì góc nhìn hệ thống mô tả hệ thống đó thông qua các
thành phần vật lý của nó. Góc nhìn hệ thống mô tả các khía cạnh sau: Các thành phần vật lý chính
(ví dụ: các hệ thống con, thiết bị, mạng) của một hệ thống IoT; Kiến trúc tổng thể của một hệ thống
IoT, bao gồm cấu trúc của một hệ thống IoT, sự phân bố các thành phần, và cấu trúc không gian của
tính đa liên kết của các thành phần; Bản mô tả kỹ thuật các thành phần của hệ thống, bao gồm các
hành vi cùng các thuộc tính khác.
Trong hình 11, góc nhìn hệ thống IoT RA được biểu diễn cùng với tất cả các thực thể liên quan đến
mỗi miền cùng các kết nối giữa chúng. Các thực thể trong mỗi miền mang tính chất rất tổng quát và
tùy chọn, tùy thuộc vào các ứng dụng cụ thể. Có bốn loại mạng khác nhau để kết nối các thành phần
vật lý trong sáu miền của một hệ thống IoT: mạng gần, mạng truy cập, mạng dịch vụ, và mạng
người dùng.


17


Tất cả các hoạt động liên quan đến IoT đều có thể được phân thành 3 nhóm người dùng như sau:
Nhà cung cấp dịch vụ IoT; Nhà phát triển dịch vụ IoT; Người dùng IoT.
Nhà cung cấp dịch vụ IoT đóng vai trò quản lý và vận hành các dịch vụ IoT, gồm các lĩnh vực:
Quản trị kinh doanh; Quản trị phân phối dịch vụ; Vận hành hệ thống; Phân tích an ninh; Phân tích
vận hành; Phân tích dữ liệu.
Nhà phát triển dịch vụ IoT, gồm các lĩnh vực: Xây dựng giải pháp; Quản trị phát triển và vận hành;
Phát triển ứng dụng; Phát triển thiết bị; Tích hợp hệ thống.


19
Người dùng IoT là người dùng cuối của các dịch vụ IoT và có thể được phân loại thành người dùng
thật và người dùng số: Người dùng thật là những con người sử dụng các dịch vụ IoT; Người dùng
số là người dùng không phải con người trong hệ thống IoT.
Mỗi liên hệ giữa người dùng, các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà phát triển dịch vụ IoT được thể
hiện như hình 14.

Hình 14: Mối liên hệ giữa ngƣời dùng, các nhà cung cấp dịch vụ và
các nhà phát triển dịch vụ IoT
Hình 15 biểu diễn các vai trò và các hoạt động liên quan khi các hệ thống hiện tại tạo ra, phát triển,
vận hành và cuối cùng là chấm dứt hoạt động các dịch vụ IoT.

Hình 15: Vai trò và các hoạt động trong suốt vòng đời của một sản phẩm IoT


23

KẾT LUẬN
Luận văn đã nghiên cứu các định nghĩa, khái niệm, các thành phần, đặc tính, nguyên lý hoạt
động của các hệ thống internet of things (IoT). Tìm hiểu, đánh giá tình hình phát triển IoT của các
tổ chức, doanh nghiệp ICT tại Việt Nam. Từ đó xây dựng, đề xuất tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu