Cùng với sự phát triển không ngừng của internet và các thiết bị thông minh, công nghệ Internet vạn vật (IoT) có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực kinh tế - xã hội. Trong quá trình nghiên cứu, xây dựng đô thị thông minh tại TP.HCM, ngoài các ứng dụng trong nông nghiệp, công nghiệp, y tế và dân sinh, IoT còn được các nhà khoa học sử dụng để giám sát môi trường, cảnh báo ngập lụt, đo lường nước, chiếu sáng thông minh,…

Công nghệ Internet vạn vật

Công nghệ Internet vạn vật (Internet of Things - IoT) đề cập đến một mạng lưới các thiết bị vật lý, các phương tiện được tích hợp cảm biến, phần mềm và kết nối mạng, tiến hành giao tiếp, thu thập, trao đổi dữ liệu và thực hiện nhiều tác vụ khác nhau một cách tự động. Những thiết bị này (còn gọi là “đồ vật thông minh”) khá đa dạng, từ các thiết bị đeo đơn giản cho đến các hệ thống cảm biến, máy móc công nghiệp, nông nghiệp và giao thông rất phức tạp.

Internet vạn vật (Nguồn: Internet)

Mặc dù ý tưởng về công nghệ IoT đã được Kevin Ashton giới thiệu tại Procter&Gamble từ năm 1999, nhưng ở thời điểm này, IoT chỉ được mô tả là công nghệ dùng để kết nối một số thiết bị với máy tính dựa trên nhận dạng tần số vô tuyến (Radio-frequency Identification – RFID) để quản lý chuỗi cung ứng, giúp máy tính quản lý tất cả các thiết bị riêng lẻ. Đến năm 2016, IoT đã khẳng định được bước tiến nhờ sự hội tụ của nhiều công nghệ như nền tảng điện toán đám mây, nền tảng dữ liệu lớn, trí tuệ nhân tạo, phân tích dữ liệu thời gian thực,… Điểm quan trọng của IoT là các đối tượng phải được nhận biết và định dạng. Nếu các đối tượng được “đánh dấu” để phân biệt với môi trường xung quanh thì hoàn toàn có thể quản lý được bằng máy tính. Việc “đánh dấu” có thể thực hiện bằng nhiều công nghệ, chẳng hạn như RFID, NFC, mã vạch, mã QR, chữ ký số,... Việc kết nối có thể sử dụng mạng Wifi, mạng 3G, 4G, thậm chí 5G, Bluetooth và hồng ngoại.

Ứng dụng công nghệ IoT trong các lĩnh vực

Việc tiếp cận dễ dàng các công nghệ cảm biến năng lượng thấp với chi phí phải chăng và đáng tin cậy trên thị trường trong những năm gần đây đã cho phép nhiều nhà sản xuất sử dụng công nghệ IoT nhằm tối ưu hóa các quy trình và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.

Các ứng dụng tiềm năng của IoT rất rộng lớn và đa dạng nên tác động của nó được ghi nhận rõ ràng ở nhiều ngành, lĩnh vực như: thành phố thông minh, nhà thông minh, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông - vận tải thông minh, hậu cần và logistics, chăm sóc sức khỏe, năng lượng, khai thác tài nguyên, bán lẻ và cả các hoạt động của Chính phủ.

Một số ứng dụng tiêu biểu của IoT trong các lĩnh vực (Nguồn: Biên dịch từ nghiên cứu A Review of Emerging Technologies for IoT-Based Smart Cities (Whaiduzzaman et al., 2022))

• Thành phố thông minh: các giải pháp sử dụng IoT bao gồm bãi đỗ xe thông minh, quản lý chất thải, chiếu sáng thông minh, các hệ thống đo lường thông minh,… Xu hướng xây dựng Chính phủ số đã tạo thêm một định nghĩa mới, IoG (Internet of Government) là xu hướng kết nối các thành phố thông minh và dịch vụ hành chính công.
• Nhà thông minh: là ứng dụng IoT phổ biến nhất, cho phép người dùng truy cập từ xa vào các thiết bị gia dụng như ánh sáng, sưởi ấm, an ninh và giải trí. Nó mang lại sự an toàn, thoải mái và tiện lợi cho chủ sở hữu.
• Vận tải thông minh: các thiết bị IoT có thể sử dụng để giám sát mức độ tiết kiệm nhiên liệu, tối ưu hóa tuyến đường và theo dõi tình trạng vận chuyển hàng hóa. Định nghĩa mới xuất hiện trong lĩnh vực này là IoV (Internet of Vehicle), là xu hướng kết nối Internet các phương tiện giao thông - vận tải, theo dõi và giám sát phương tiện.
• Bán lẻ: thiết bị IoT có thể được sử dụng để phân tích hành vi khách hàng để các nhà bán lẻ tối ưu hóa vị trí sản phẩm và cải thiện trải nghiệm mua sắm, bên cạnh đó là giám sát chuỗi cung ứng, theo dõi lô hàng và quản lý mức tồn kho.
• Nông nghiệp thông minh: các thiết bị IoT có thể được sử dụng để theo dõi điều kiện đất đai, thời tiết, sự phát triển của cây trồng, theo dõi sức khỏe vật nuôi, theo dõi thiết bị và quản lý chuỗi cung ứng.
• Công nghiệp/Nhà máy thông minh: các thiết bị IoT có thể được sử dụng trong sản xuất nhằm theo dõi hiệu suất của máy móc, theo dõi nhiệt độ và độ ẩm trong cơ sở sản xuất, phát hiện lỗi thiết bị, theo dõi hàng tồn kho, quản lý chuỗi cung ứng và giám sát chất lượng thành phẩm và tối ưu hóa quy trình sản xuất. IoT trong công nghiệp là một không gian công nghệ mới mở rộng, đôi khi nó được gọi bằng tên viết tắt riêng: IIoT (Industry IoT).
• Lưới điện thông minh: là hệ thống điện lưới có sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông để tối ưu việc truyền dẫn, phân phối điện năng giữa nhà sản xuất và hộ tiêu thụ, hợp nhất cơ sở hạ tầng điện với cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc.
• Chăm sóc sức khỏe: các thiết bị IoT có thể được dùng để theo dõi bệnh nhân từ xa, thu thập dữ liệu thời gian thực về các dấu hiệu quan trọng như nhịp tim, huyết áp và độ bão hòa oxy nhằm phát hiện các vấn đề sức khỏe tiềm ẩn trước khi chúng trở nên nghiêm trọng hơn. Các thiết bị IoT cũng được dùng để theo dõi thiết bị y tế, quản lý hàng tồn kho và giám sát việc tuân thủ thuốc.

Lĩnh vực công nghệ IoT tại Việt Nam đang trong quá trình phát triển mạnh mẽ. Theo Statista, doanh thu từ lĩnh vực IoT tại Việt Nam được dự đoán sẽ đạt mốc 6,23 tỷ USD vào năm 2023, ước đạt tổng doanh thu 13,11 tỷ USD vào năm 2028 với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 16,04% trong giai đoạn 2023-2028. Trong đó, thị trường quan trọng nhất đối với lĩnh vực IoT tại Việt Nam là ô tô, với doanh thu ước tính cho thị trường này trong năm 2023 vào khoảng 2,18 tỷ USD.

Doanh thu ước tính của thị trường IoT Việt Nam giai đoạn 2020-2028 (Nguồn: vietnambiz.vn)

Sự phát triển của mạng 5G, tốc độ nhanh và kết nối ổn định với nhiều thiết bị hơn, xử lý được nhiều dữ liệu hơn với độ trễ rất thấp, giúp hệ thống phản hồi theo thời gian thực được dự đoán là một trong những yếu tố quan trọng nhất cho sự tăng trưởng của công nghệ IoT. Ngoài ra, theo kết quả nghiên cứu của Analysys Mason, 90% lượng kết nối IoT của Việt Nam sẽ nằm trong 25 kịch bản sử dụng. Trong đó, các kịch bản sử dụng phổ biến nhất với công nghệ NB-IoT (NarrowBand-IoT - Internet vạn vật băng thông hẹp) là thiết bị báo cháy, gia dụng, nông nghiệp thông minh, đèn đường, công-tơ điện thông minh,... Với các thiết bị IoT sử dụng mạng 4G/5G, chúng sẽ được ứng dụng nhiều vào việc kết nối ô tô, quản lý đội xe, camera, máy thanh toán (POS) và các kịch bản liên quan đến chăm sóc sức khỏe.

Một số kết quả nghiên cứu ứng dụng công nghệ IoT phát triển đô thị tại TP.HCM

Thời gian qua, một số nghiên cứu chế tạo các thiết bị ứng dụng công nghệ IoT nhằm mục tiêu phát triển đô thị tại TP.HCM đã được thực hiện. Trong đó, nhiều kết quả sau khi nghiệm thu đã được triển khai, hợp tác và ứng dụng thực tế tại các cơ quan, doanh nghiệp trên địa bàn Thành phố.

Hệ thống đèn giao thông thông minh với PLC-IoT Datalogger

Nhằm xây dựng giải pháp điều hành giao thông thông minh trên cơ sở cải tạo lại hạ tầng giao thông hiện có, nhóm nghiên cứu tại Văn phòng Đại học Quốc gia TP.HCM đã triển khai thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo IoT DataLogger cho hệ thống đèn giao thông thông minh", làm chủ được công nghệ vi mạch và thiết bị PLC-IoT Datalogger do nhóm chế tạo có thể tích hợp vào các hệ thống xử lý và điều hành giao thông thông minh do Việt Nam phát triển hoặc hệ thống Smart Traffic Management của nước ngoài.

PLC-IoT Datalogger là bộ tích hợp vào đèn giao thông hiện hữu thành một thiết bị đầu cuối cung cấp thông số tại trụ cho hệ thống điều hành giao thông thông minh xử lý và tự động điều chỉnh thời gian tín hiệu đèn, theo điều phối của người điều khiển giao thông từ xa qua mạng Wifi. Ưu điểm của giải pháp là tận dụng và nâng cấp các cột đèn giao thông đang sử dụng công nghệ cũ, tạo cơ sở để phát triển, nâng cấp các hệ thống giao thông TP.HCM ở cả hai khía cạnh: người tham gia giao thông và nhà quản lý.

Mô hình và thực tế lắp đặt PLC-IoT Datalogger vào tủ trụ giao thông (Nguồn: Kết quả nghiên cứu)

Hệ thống đã được triển khai lắp đặt thử nghiệm tại 3 điểm giao thông trong khu vực Đại học Quốc gia TP.HCM. Kết quả cho thấy hệ thống hoạt động ổn định theo yêu cầu; triển khai thực tế trong điều kiện môi trường thực không phát sinh lỗi. Nghiên cứu đã được Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM nghiệm thu vào cuối năm 2020.

Hệ thống quan trắc môi trường tích hợp giải pháp bảo mật bằng thiết bị IoT Gateway

Với mục tiêu làm chủ công nghệ chế tạo thiết bị IoT Gateway tích hợp bảo mật và giải quyết bài toán thu thập dữ liệu môi trường bằng phương pháp quan trắc tự động không sử dụng mạng viễn thông, nhóm chuyên gia tại Trung tâm Nghiên cứu triển khai Khu Công nghệ cao (SHTPLABS) đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị IoT Gateway tích hợp giải pháp bảo mật trên nền tảng IoT ứng dụng thí điểm quan trắc chất lượng không khí tại Khu công nghệ cao Thành phố Hồ Chí Minh”. Kết quả đề tài đã được Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM nghiệm thu vào tháng 7/2021. Sản phẩm của đề tài cũng đã được đăng ký sáng chế tại Cục Sở hữu trí tuệ vào tháng 9/2020, “Phương pháp mã hoá, giải mã trên đường truyền từ máy chủ đến thiết bị cổng kết nối Internet vạn vật (IoTs - Internet of Things)”, mã đăng ký VN 1-2020-05601.

Theo kết quả nghiên cứu, hệ thống quan trắc chất lượng không khí tích hợp giải pháp bảo mật bằng thiết bị IoT Gateway hỗ trợ các ứng dụng chạy thời gian thực, có các giao thức để điều khiển, truy xuất từ xa, cho phép đo kiểm, đánh giá thực nghiệm hoạt động theo điều kiện môi trường, thời gian khác nhau và cho kết quả tốt. Hệ thống còn có độ bảo mật cao và với nguồn dữ liệu chính thống được chia sẻ “mở”, nên bất kỳ đơn vị nào có nhu cầu cũng có thể sử dụng.

Sơ đồ tổng quát hệ thống cảnh báo chất lượng không khí (Nguồn: Kết quả nghiên cứu)

Hệ thống đã được chuyển giao cho Đài Khí tượng - Thủy văn khu vực Nam Bộ để hỗ trợ quá trình phân tích dữ liệu phục vụ dự báo thời tiết và nhiều mục đích nghiên cứu khác về thủy văn. Bên cạnh đó, với lợi thế là công nghệ trong nước và có thể tích hợp tính năng quan trắc trong nhiều môi trường khác nhau, “Hệ thống quan trắc chất lượng không khí tích hợp giải pháp bảo mật bằng thiết bị IoT Gateway” cũng đã được Trung tâm Nghiên cứu triển khai Khu Công nghệ cao ký kết chuyển giao cho Công ty Môi trường Đại Nam, trong khuôn khổ sự kiện “Hợp tác công nghệ” được Trung tâm Thông tin và Thống kê KH&CN TP.HCM tổ chức tại Sàn Giao dịch Công nghệ TP.HCM vào tháng 11/2022.

Đồng hồ nước thông minh trên nền tảng công nghệ IoT

Theo Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn (SAWACO), việc thống kê lượng nước tiêu thụ hàng tháng từ trước đến nay vẫn bằng hình thức thủ công trực tiếp tại địa điểm gắn đồng hồ đo, không chỉ trên địa bàn Thành phố mà còn ở rất nhiều địa phương trên cả nước. Từ thực trạng cần đổi mới công nghệ đồng hồ nước với mức chi phí vừa phải, SAWACO đã hợp tác với Phòng thí nghiệm Nghiên cứu điện tử công suất (Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP.HCM) tiến hành “Nghiên cứu phát triển công nghệ chế tạo Hệ thống đo lường nước thông minh”. Đề tài được Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM nghiệm thu kết quả vào tháng 9/2022.

Theo nghiên cứu, đồng hồ cơ truyền thống được tích hợp thêm một mạch điện tử chứa bộ vi điều khiển sử dụng pin có chức năng đọc từ đồng hồ cơ và mô-đun phát sóng LoRa để truyền không dây, kết nối với mạng LoRaWAN, cho phép giám sát vị trí từ xa, bảo trì cơ sở hạ tầng thông qua phát hiện rò rỉ và cảnh báo tự động (khoảng cách truyền xa nhất đạt gần 2.000m).

Đồng hồ cơ Itron được gắn cụm đo đếm dữ liệu và thu - phát sóng LoRa, và giao diện giám sát lượng nước tiêu thụ (Nguồn: Kết quả nghiên cứu)

Bên cạnh sử dụng mạng LoRa (hoạt động tốt ở những khu vực có địa hình thông thoáng), nhóm nghiên cứu còn còn thử nghiệm công nghệ NB-IoT để đảm bảo kết nối liên tục ở các vùng xa, vùng sâu, sóng kém. Kết quả thử nghiệm đồng hồ đo tại Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM và một khu dân cư ở khu vực nông thôn cho thấy, dữ liệu từ đồng hồ được truyền về các LoRa Gateway rất ổn định, ngay cả ở những khu vực có rất nhiều tán cây che khuất. Ngoài ra, thiết bị còn tích hợp chức năng phát cảnh báo khi có các hành động tác động lên thiết bị đo lường bằng nam châm, tác động tháo lắp, hành động trộm nước cho đơn vị quản lý hệ thống.

Với nhiều ưu điểm nổi bật và mang lại hiệu quả kinh tế cao, sản phẩm đồng hồ nước thông minh của nhóm nghiên cứu Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã được cấp bằng sáng chế số 1-0031468-000 tại Cục Cục Sở hữu trí tuệ vào tháng 3/2022, với tên gọi “Đồng hồ nước điện tử”.

***

Tại Việt Nam, công nghệ IoT đang nhận được sự quan tâm, đầu tư trong nhiều lĩnh vực như năng lượng, giao thông - vận tải, hậu cần và logistics,… Đặc biệt, các doanh nghiệp viễn thông được khuyến khích phát triển mạnh về hạ tầng, nền tảng về IoT, nghiên cứu các phương án triển khai NB-IoT trên hạ tầng sẵn có: “…phát triển hạ tầng kết nối mạng Internet vạn vật…” , như một trong các nội dung định hướng phát triển hạ tầng số tại TP.HCM giai đoạn 2020-2030, theo Quyết định số 414/QĐ-UBND ngày 04/02/2021 của UBND Thành phố. Trong năm 2023, Sở Thông tin và Truyền thông TP.HCM đã đặt hàng sản phẩm nghiên cứu khoa học và công nghệ “Xây dựng khung kiến trúc hạ tầng IoT cho Thành phố Hồ Chí Minh”, đặt mục tiêu đề xuất được khung kiến trúc IoT phục vụ phát triển đô thị thông minh và chuyển đổi số tại TP.HCM.

Duy Sang

--------------------------------------------------------------------------------

Tài liệu tham khảo chính

[1] Anh Thư - Hà Thi. (2023). Hệ thống đo lường nước thông minh. https://khoahocphattrien.vn/khoa-hoc/he-thong-do-luong-nuoc-thong-minh/20230824083427377p1c160.htm
[2] Ashton. (2009). That ‘Internet of Things’ Thing. https://www.rfidjournal.com/that-internet-of-things-thing
[3] iBOSS. (2021). IoT ảnh hưởng như thế nào trong cuộc sống của chúng ta? https://iboss.vn/internet-of-things-la-gi-va-no-co-anh-huong-nhu-the-nao-trong-cuoc-song-cua-chung-ta/
[4] Lam Vân. (2021). Nghiên cứu chế tạo IoT DataLogger cho hệ thống đèn giao thông thông minh. https://cesti.gov.vn/bai-viet/CTDS5/nghien-cuu-che-tao-iot-datalogger-cho-he-thong-den-giao-thong-thong-minh-01011311-0000-0000-0000-000000000000
[5] Minh Dung. (2023). TP triển khai Chương trình “Nghiên cứu và phát triển ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) giai đoạn 2020-2030” năm 2023. https://hochiminhcity.gov.vn/-/tp-trien-khai-chuong-trinh-nghien-cuu-va-phat-trien-ung-dung-tri-tue-nhan-tao-ai-giai-oan-2020-2030-nam-2023
[6] Quyết định số 414/QĐ-UBND ngày 04/02/2021 của UBND Thành phố về phê duyệt Đề án Phát triển hạ tầng viễn thông và Kế hoạch phát triển hạ tầng số tại Thành phố Hồ Chí Minh giai đoạn 2020 – 2030.
[7] Sở KH&CN TP.HCM. (2021). Làm chủ công nghệ chế tạo thiết bị IoT Gateway tích hợp bảo mật. https://dost.hochiminhcity.gov.vn/hoat-dong-so-khcn/lam-chu-cong-nghe-che-tao-thiet-bi-iot-gateway-tich-hop-bao-mat/
[8] Sở KH&CN TP.HCM. (2022). Chế tạo thành công thiết bị đo lường nước thông minh trên nền tảng đồng hồ cơ truyền thống, tích hợp quản lý tập trung IoT. https://dost.hochiminhcity.gov.vn/hoat-dong-so-khcn/che-tao-thanh-cong-thiet-bi-do-luong-nuoc-thong-minh-tren-nen-tang-dong-ho-co-truyen-thong-tich-hop-quan-ly-tap-trung-iot/
[9] Tú Ân. (2023). “Trái ngọt” IoT Việt Nam đang vào độ chín. https://baodautu.vn/trai-ngot-iot-viet-nam-dang-vao-do-chin-d193119.html