QUẢN TRỊ DỮ LIỆU LỚN TRONG HỆ THỐNG IoT1
VỚI CÔNG NGHỆ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY, SƯƠNG MÙ, BIÊN
Trần Trọng Hiếu
Khoa Cơng nghệ Thơng tin. Trường Đại học Tài chính – Marketing
Email:

Tóm tắt: Cơng nghệ 4.0 hiện nay đang được phát triển và ứng dụng rộng rãi, trong đó mạng
lưới vạn vật kết nối Internet (IoT - Internet of Things) đang được nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực
của cuộc sống. Trong đó việc quản trị và xử lý dữ liệu lớn một cách thông minh trong hệ thống IoT
là một vấn đề đang được quan tâm nghiên cứu. Bài tham luận này trình bày: tổng quan về Mạng
lưới vạn vật kết nói Internet và các cơng nghệ quản trị dữ liệu lớn: điện toán đám mây, điện toán
sương mù và điện toán biên; giới thiệu một số ứng dụng trong hệ thống IoT vận hành với ba công
nghệ quản trị dữ liệu lớn đã trình bày. Với cách diễn giải – tổng hợp thơng tin, minh hoạ ứng dụng
có liên quan các cơng nghệ đã trình bày; bài tham luận mong có thể là rõ hơn cách quản trị dữ
liệu của ba công nghệ trong hệ thống IoT đã và đang được phát triển trên thế giới hiện nay.
Từ khóa: Mạng lưới vạn vật, Điện toán đám mây, Điện toán sương mù, Điện toán biên

1. TỔNG QUAN
1.1. Mạng lưới vạn vật kết nối Internet
Năm 2013, tổ chức Global Standards Initiative on Internet of Things (IoT-GSI) đã
định nghĩa IoT (Internet of Things - Mạng lưới vạn vật kết nối Internet) là "hạ tầng cơ sở
toàn cầu phục vụ cho xã hội thông tin, hỗ trợ các dịch vụ thông qua điện tốn xử lý chun
sâu thơng qua các vật thể (cả thực lẫn ảo) được kết nối với nhau nhờ vào cơng nghệ thơng
tin và truyền thơng hiện hữu được tích hợp," và với mục đích ấy một "vật" là "một thứ trong
thế giới thực (vật thực) hoặc thế giới thông tin (vật ảo), mà vật đó có thể được nhận dạng
và được tích hợp vào một mạng lưới truyền thơng". (Nguồn: wikipedia)
Như vậy mạng lưới vạn vật kết nối Internet, được hiểu như là mạng lưới nhiều thiết
bị kết nối Internet trong các liên mạng. Trong đó các thiết bị được sử dụng hàng ngày, các
phương tiện, các phòng-nhà,… được xem là những "thiết bị kết nối" và được xử lý và vận
hành như là các "thiết bị thông minh". Các thiết bị này được thiết kế “nhúng” với các bộ

1

Internet of Things

123


phận điện tử, phần mềm, cảm biến, cơ cấu tự vận hành cùng với khả năng kết nối mạng
máy tính điều khiển giúp cho các thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ liệu, tất cả các
nối kết đó được xem như là hệ thống IoT.
Theo đó, trong hệ thống IoT cho phép các vật thể sử dụng sẽ được cảm nhận hoặc
được điều khiển từ xa thông qua hạ tầng mạng hiện hữu, tạo cơ hội cho thế giới thực được
tích hợp trực tiếp hơn vào hệ thống điện toán, hệ quả là hiệu năng, độ tin cậy và lợi ích kinh
tế được tăng cường bên cạnh việc giảm thiểu sự can dự của con người.
Khi hệ thống IoT được trang bị thêm cảm biến và cơ cấu tự động chấp hành, thì hệ
thống vận hành theo công nghệ này trở thành một dạng thức của hệ thống ảo - thực; hay
được hiểu tự động tương tác giữa hệ thống máy tính điều khiển đến các thiết bị. Khi đó,
tính tổng qt tự động hố hoạt động sẽ được ứng dụng công nghệ trong các hoạt động
trong xã hội, bao gồm: điện lưới thông minh, nhà máy điện ảo, nhà thông minh, vận tải
thông minh và thành phố thơng minh,.v.v. Trong ngữ cảnh đó, Mỗi vật được nhận dạng
riêng biệt trong hệ thống điện toán nhúng và có khả năng phối hợp với nhau trong cùng hạ
tầng liên mạng Internet. Việc kết nối liên mạng trên thực tế hiện nay đã được phát triển qua
nhiều công nghệ, có thể thực hiện qua hệ thống Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng tốc độ
nhanh (*G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại…
Theo các chuyên gia dự báo tính đến
năm 2020, hệ thống IoT sẽ bao gồm khoảng
chừng trên 30 tỉ vật thể: thiết bị, phương tiện,
cơ sở vật chất,… Khi tự động hóa có kết nối
internet được triển khai đại trà ra nhiều lãnh
vực, hệ thống IoT được dự báo sẽ tạo ra lượng

dữ liệu lớn (Big Data) từ đa dạng nguồn, kéo
theo sự cần thiết cho việc: kết tập dữ liệu
nhanh, gia tăng nhu cầu đánh chỉ mục, lưu trữ,
và xử lý các dữ liệu này hiệu quả hơn.

Hình 1: Mơ hình Mạng lưới vạn vật kết nối
Internet - IoT (nguồn: wikipedia)

1.2. Cơng nghệ Điện tốn Đám mây – Cloud Computing
Cơng nghệ điện tốn đám mây là vấn đề thiết yếu đặt ra theo yêu cầu về các tài nguyên
cho hệ thống máy tính; đặc biệt là khả năng lưu trữ trên đám mây dữ liệu (iCloud) và đồng
thời là khả năng tính tốn tự động xử lý dữ liệu mà không cần sự quản lý chủ động trực tiếp
124


của người dùng. Hiện nay, điện toán đám mây được mô tả như là các trung tâm dữ liệu, với
vai trị sẵn sàng phục vụ cho nhiều người dùng thơng qua mạng lưới Internet. Hiện nay,
đám mây dữ liệu với sức chứa cực lớn, đang dần chiếm ưu thế trong việc lưu trữ dữ liệu,
với chức năng phân phối đến nhiều vị trí từ các máy chủ trung tâm.
Trên thực tế, các đám mây dữ liệu có thể được giới hạn và cung cấp sẵn có cho nhiều
cấp độ cần sử dụng: đám mây dữ liệu riêng cho doanh nghiệp, đám mây phổ quát cho công
cộng. Điều này mang đến nhiều ưu điểm: giảm thiểu chi phí đầu tư cho việc lưu trữ; cho
phép người dùng chạy các ứng dụng tương tác dữ liệu với tốc độ nhanh hơn; việc quản lý
dữ liệu quản lý đối với người dùng sẽ dễ dàng - bảo trì tốt hơn; hệ quả kéo theo là việc đầu
tư cho một máy tính sẽ rẻ hơn-khi khơng cịn chi phí cho thiết bị lưu trữ riêng lẻ. Khi điện
toán đám mây được ứng dụng rộng rãi, các đám mây dữ liệu sẽ được quản trị một cách
chuyên nghiệp hơn, mang tính phổ quát trong xã hội sử dụng nhiều thiết bị công nghệ như
hiện nay.
➢ Kiến trúc cơng nghệ đám mây


Hình 2: Kiến trúc các thanh phần trong cơng nghệ điện tốn đám mây

-

Thành phần Front End: là phía khách hàng, gồm các cơ sở hạ tầng của máy khách
(Client Infrastructure) tương tác với các dịch vụ do điện toán đám mây cung cấp cho
người dùng thông qua các giao diện đồ hoạ (Graphic User Interface-GUI) mà máy
tính khách hàng sử dụng. Bên cạnh đó cịn có cả các ứng dụng được người dùng sử
dụng để yêu cầu truy cập các dịch vụ của nền tảng điện tốn đám mây. Giao diện
người dùng có thể được thể hiện trên: các máy chủ web (bao gồm Chrome, Firefox,
Internet explorer, v.v.), máy tính bàn, máy tính bảng và thiết bị di động.
125


-

Thành phần Back End: về phía cung cấp dịch vụ vận hành; bao gồm các ứng dụng
(Application); có thể là bất kỳ phần mềm hoặc nền tảng nào mà khách hàng muốn truy
cập. Bên cạnh đó, khối Dịch vụ đám mây (Service) quản lý các loại dịch vụ mà người
dùng truy cập. Vậy, thành phần Back End giữ nhiệm vụ quản lý tất cả các tài nguyên
và cung cấp dịch vụ điện toán đám mây khi được người dùng yêu cầu; với nhiệm vụ
cụ thể đó là: quản trị một lượng lớn dữ liệu lưu trữ, với những cơ chế bảo mật, các
máy ảo, mơ hình triển khai cung cấp dịch vụ, máy chủ vận hành, cơ chế kiểm soát lưu
lượng dữ liệu, v.v.

➢ Các dịch vụ công nghệ đám mây:
(1) Dịch vụ cung cấp cơ sở hạ tầng như một dịch vụ (IaaS- Infrastructure as a
Service): khi đó khách hàng sẽ được cung cấp cơ sở hạ tầng CNTT hoàn chỉnh cần thiết cho
việc xây dựng hệ thống, chẳng hạn như hệ thống mạng, máy chủ và hệ điều hành v.v.; cần
thiết cho hệ thống máy của người dùng hoạt động tốt, thông qua đường truyền Internet. Với

IaaS, người dùng chọn các thông số kỹ thuật phần cứng và phần mềm cần có, thiết lập hệ
điều hành, v.v., xây dựng cơ sở hạ tầng CNTT và phát triển ứng dụng cho nhu cầu của
người dùng.
-

Các tính năng của IaaS bao gồm: người dùng không phải chuẩn bị môi trường phát
triển riêng biệt, linh hoạt lựa chọn các thông số kỹ thuật phần cứng và hệ điều hành
cần thiết cho dịch vụ và sử dụng chúng từ hệ thống mạng. Cho phép khách hàng mở
rộng tài nguyên máy chủ về cả số lượng máy lẫn công năng máy một cách linh hoạt.
Không phát sinh sửa chữa sự cố xảy ra trong phần cứng thực tế hoặc chi phí nâng cấp
hệ thống.

-

Dịch vụ IaaS tiêu biểu: Google Compute Engine (GCE).
(2) Nền tảng như một dịch vụ (PaaS- Platform as a Service): là dịch vụ cho phép

người dùng sử dụng platform (môi trường phát triển) cho ứng dụng thông qua hệ thống
mạng. Dịch vụ PaaS cung cấp một bộ phần mềm trung gian kết nối hệ điều hành và ứng
dụng cần thiết cho việc: phát triển hệ thống, hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu, ngơn ngữ lập
trình và hệ điều hành web server v.v.
Với SaaS, phần mềm cố định được sử dụng như một dịch vụ, nhưng với PaaS, ứng
dụng được phát triển trong nội bộ cơng ty có thể được sử dụng, nên đặc trưng của Paas là
cho phép sử dụng ứng dụng linh hoạt hơn.Do đó, các developer có thể tập trung vào phát
126


triển phần mềm mà không cần xây dựng platform (nền tảng); khi đó đám mây lưu trữ đối
tượng, sắp xếp, cơ sở dữ liệu, thời gian chạy, v.v. Tất cả những thơng tin này có thể nhận
trực tiếp từ nhà cung cấp đám mây. Họ có trách nhiệm cấu hình và sử dụng nó.

-

Các tính năng của PaaS bao gồm: Vì mơi trường cần thiết cho người dùng phát triển
đã được chuẩn bị trước, nên chi phí phát triển và thời gian làm việc có thể giảm thiểu.
Việc bảo trì platform, sao lưu, v.v. được quản lý bởi đám mây, do đó người dùng
khơng cần phải cài đặt cấu hình và quản lý chúng. Môi trường cơ sở hạ tầng được
chuẩn bị trên đám mây, vì vậy nó có thể được sử dụng ngay lập tức. Người dùng có
thể tập trung vào phát triển vì tồn bộ mơi trường cơ sở hạ tầng đã được cung cấp bởi
các dịch vụ đám mây một cách linh hoạt phát triển (so với SaaS) và có thể sử dụng
các chương trình của riêng của mình.

-

Dịch vụ PaaS tiêu biểu: Google App Engine (GAE), Windows Azure.
(3) Các ứng dụng hoặc phần mềm như một dịch vụ (SAAS - Software as a Service),

là dịch vụ cho phép người dùng sử dụng phần mềm (software) thông qua hệ thống nối kết
mạng (network system). Thông qua đám mây, dịch vụ SaaS cung cấp những phần mềm
đang được vận hành bởi các cơng ty đám mây. Do đó, các nhà phát triển không cần tiến
hành các cài đặt đặc biệt như máy chủ hoặc chuẩn bị tài nguyên, và có thể phát triển phần
mềm cần thiết thơng qua Internet.
Người dùng đang sử dụng ứng dụng đang chạy trên đám mây với tất cả các thiết lập
nên cơ sở hạ tầng là trách nhiệm của nhà cung cấp dịch vụ. Để SAAS hoạt động, cơ sở hạ
tầng (IAAS) và nền tảng (PAAS) phải được hồn thiện.
-

Các tính năng của SaaS bao gồm: khách hàng không cần cài đặt phần mềm mà sử
dụng trực tiếp trên Internet. Ngoài ra, dữ liệu có thể được lưu trữ trên Internet và có
thể được truy cập mà không cần xác lập cố định một thiết bị như máy tính để bàn,
điện thoại thơng minh hoặc máy tính bảng v.v. Ngồi ra, có thể có nhiều người dùng

và có thể chia sẻ và sử dụng cùng một dữ liệu. Nếu sử dụng các ứng dụng nâng cao
có thể được cài đặt và vận hành ngay lập tức.

-

Một số dịch vụ SaaS tiêu biểu: G Suite, Gmail, Hangouts, GoogleDrive,…
(4) Dịch vụ cung cấp cho môi trường máy tính Desktop ( Desktop as a Service –

DaaS) là các yếu tố tạo nên máy tính desktop, như: phần mềm, dữ liệu nội bộ, … sẽ được
127


truy cập từ đám mây cung cấp. Môi trường desktop được cung cấp bởi DaaS cũng được gọi
là “cloud desktop” hoặc “desktop ảo”. DaaS được chia thành ba loại theo hình thức cung
cấp dịch vụ, cụ thể như sau.
-

Private cloud DaaS (đám mây riêng DaaS): sử dụng môi trường desktop phụ thuộc
vào mơi trường điện tốn đám mây, nhưng được thiết kế riêng- chỉ dành cho một tổ
chức, doanh nghiệp, khách hàng cụ thể. Chính vì được xây dựng riêng theo đơn đặt
hàng, tạo một môi trường độc lập, nên mơi trường Private cloud DaaS có đặc tính bảo
mật rất cao. Bên cạnh đó, mơi trường Private cloud DaaS sẽ khơng có hạn chế về tùy
chỉnh hành vi đối với khách hàng. Khi đó, khách hàng có thể linh hoạt lựa chọn phần
mềm và nền tảng do yêu cầu hoạt động của đơn vị mình.

-

Virtual private cloud DaaS (đám mây riêng DaaS ảo): cũng sử dụng môi trường
desktop được phân phối bởi các dịch vụ xây dựng trên IaaS hoặc PaaS do các nhà
cung cấp dịch vụ cung cấp theo các yêu cầu cụ thể, cho nên loại hình này có đặc tính

tùy biến uyển chuyển và có tính bảo mật cao.

-

Public cloud DaaS (đám mây công cộng DaaS): sử dụng mơi trường desktop ảo, trong
đó các nhà cung cấp dịch vụ chọn các thành phần chung nhất cấu thành desktop, bao
gồm cả phần mềm; cung cấp cho nhiều khách hàng sử dụng. Vì thế, Public cloud DaaS
có đặc tính là: khơng cho phép tùy chỉnh, nhưng loại hình này có ưu điểm là chi phí
sử dụng thấp.

Hình 3: Lợi nhuận ($bn) từ các dịch vụ điện toán đám mây 2014-2020 (nguồn: Forbes)

➢ Một số tính năng vượt trội của cơng nghệ điện tốn đám mây
o

Khả năng mở rộng của điện toán đám mây khi đám mây dữ liệu được tổ chức và
được cung cấp bằng cách sử dụng mô hình điện tốn phân tán.
128


o

Tính uyển chuyển hay độ co giãn: được hiểu về dung lượng mà người dung cần sử
dụng. Với tính năng này cho phép khách hàng được khai báo mức sử dụng và chi
trả tiền cho tài nguyên đã sử dụng. Trong điện toán đám mây, độ co giãn được định
nghĩa là mức độ mà một hệ thống có thể thích ứng với sự thay đổi khối lượng cơng
việc. Do đó bất cứ lúc nào các tài ngun có sẵn ln đáp ứng nhu cầu hiện tại của
khách hàng.

o


Nguồn tổng hợp: trong trường hợp nhiều tài nguyên được cùng sử dụng bởi nhiều
tổ chức khác nhau. Các tài nguyên trên đám mây dữ liệu được tổng hợp để phục vụ
nhiều người tiêu dùng khác nhau thơng qua mơ hình nhiều người cùng thuê, với
các tài nguyên đa dạng và phân bổ lại theo nhu cầu của người dùng.

o

Tự phục vụ: do chính khách hàng sẽ được cung cấp giao diện dễ sử dụng, thơng
qua đó người dùng có thể chọn dịch vụ mong muốn. Một người tiêu dùng có thể tự
cung cấp các khả năng tính tốn, như thời gian máy chủ và lưu trữ mạng,…khi cần
mà không cần sự tương tác của con người.

o

Chi phí thấp: sẽ tính cho khách hàng dựa trên số lượng tài nguyên máy tính sử dụng
nhờ đó mà người dùng khơng cần phải chi phí mua cơ sở hạ tầng lưu trữ đắt tiền.

o

Khắc phục lỗi: điện tốn đám mây cho phép tự khơi phục trong trường hợp một
phần qui trình trong hệ thống đám mây khơng phản hồi.

➢ Các mơ hình phân phối đám mây dữ liệu: hiện
nay chủ yếu có hai loại mơ hình triển khai đám
mây dữ liệu cho người dùng:
o

Đám mây chung: với ngữ cảnh đám mây
dữ liệu đươc tổ chức – phân phối chung

trên mạng internet, các dịch vụ được mở
cho mọi người trong cộng đồng cùng sử

Hình 4: Mơ hình phân phối
đám mây dữ liệu

dụng.
o

Đám mây riêng: khi đó, đám mây dữ liệu được tổ chức riêng và được vận hành
phục vụ cho một tổ chức. Việc quản trị điện tốn đám mây có thể được quản lý nội
bộ hoặc bởi bên thứ ba; vị trí lưu trữ có thể được lưu trữ bên trong nội bộ hay dịch
vụ bên ngoài.
129


o

Đám mây lai: trong trường hợp khách hàng cần lưu trữ những dữ liệu quan trọng
có dung lượng trung bình thấp trên đám mây dữ liệu nội bộ; còn phần dữ liệu mang
tính đại trà-khơng quan trọng và có dung lượng rất lớn thì khách hàng sẽ th ngồi
đám mây dữ liệu để lưu trữ.

1.3. Cơng nghệ Điện tốn Sương mù – Fog Computing
Điện toán sương mù được xem như là mở rộng khái niệm cũng như vận hành của
điện toán đám mây lên một tầm cao mới, khiến cho việc thực hiện điện toán đám mây trở
thành một điều dễ tiếp cận và phục vụ tốt cho hệ thống IoT, cũng như các ứng dụng khác
có yêu cầu tương tác sát thời gian thực.
Hệ thống điện toán sương mù cũng được thiết kế trong môi trường mạng phân tán và
được liên kết chặt chẽ với điện toán đám mây, kết nối hệ thống IoT. Khi đó, cơ sở hạ tầng

công cộng như một nhà cung cấp dịch vụ đám mây (IaaS) có thể được coi là điểm cuối cho
người dùng phải thiết kế hồn thiện và mang tính tồn cầu để phục vụ cho khối lượng dữ
liệu lớn trong hệ thống IoT. Các vị trí ứng dụng cơng nghệ sương mù trong liên mạng; là
tại các vị trí ranh giới nối kết giữa dịch vụ đám mây và các thiết bị ứng dụng công nghệ
biên; là tại nơi xử lý trung chuyển dữ liệu được tạo ra từ các thiết bị trong hệ thống IoT.
Một môi trường trong công nghệ sương mù phải được cài đặt-xử lý trí tuệ nhân tạo
(Artificial Intelligence –AI) tại mạng cục bộ (Local Area Netwwork-LAN) sẽ giảm thiểu thời
gian truyền dữ liệu, trong ngữ cảnh khối dữ liệu lớn. Với kiến trúc này, việc truyền dữ liệu
từ các điểm cuối sẽ đến các điểm nối kết giao thức-gateway, kế sau đó dữ liệu lại được
truyền đến các bộ phận xử lý và phải được truyền trở lại.
➢ Vận hành dữ liệu giữa hệ thống điện toán sương mù với hệ thống điện toán đám
mây: trong điện toán sương mù, việc vận chuyển dữ liệu từ mọi thứ lên đám mây cần
trải qua một số bước.
(1) Đầu tiên, tín hiệu điện tử phát sinh được nối với các điểm Input / Output của bộ
điều khiển tự động hóa (như Programmable Logic Controller - PLC). Bộ điều khiển tự
động thực hiện một chương trình hệ thống điều khiển để tự động hóa các dữ liệu.
(2) Bước tiếp theo, dữ liệu từ chương trình hệ thống điều khiển được gửi đến máy
chủ OPC (Object Linking and Embedding for Process Control) hoặc giao thức gateway,
giúp chuyển đổi dữ liệu thành giao thức mà các hệ thống Internet hiểu, như giao thức MQTT
130


(Message Queue Telemetry Transport) - hoặc giao thức HTTP (HyperText Transfer
Protocol).
(3) Sau đó, dữ liệu được gửi đến một hệ thống khác, như: các nút xử lý công nghệ
sương mù, hoặc nối kết gateway của hệ thống IoT trên mạng LAN; vì đã được cài đặt xử
lý theo AI nên việc thu thập dữ liệu, thực hiện xử lý và phân tích mang lại hiệu quả hơn
trong việc trung chuyển dữ liệu giữa hệ thống đám mây và các thiết bị liên kết trong mạng
LAN hay trong mạng WAN trong hệ thống IoT.


Hình 5: Sự nối kết giữa hệ thống đám mây với hệ thống biên qua hệ thống sương mù.

➢ Lợi ích của điện tốn sương mù
Sự phát triển của điện toán sương mù mang lại cho người dùng nhiều lựa chọn hơn
trong việc xử lý dữ liệu tại địa điểm tuỳ ý theo yêu cầu, thông qua hệ thống mạng phân tán.
Cơng nghệ sương mù thu thập-phân tích-xử lý dữ liệu có tính chất AI, nên mang lại hiệu
quả cao đối với: một số ứng dụng, hay dữ liệu cần phải được xử lý nhanh nhất sát với thời
gian thực. Chính vì trung chuyển dữ liệu nhanh tức thời, công nghệ sương mù đang được
ứng dụng phát triển qua phần mềm hay tích hợp trong mạch xử lý, nhằm đáp ứng hiệu quả
trong hệ thống IoT với dữ liệu lớn.
1.4. Cơng nghệ Điện tốn Biên – Edge Computing
Điện tốn biên chính là một phần mở rộng dựa trên các công nghệ cũ hơn như mạng
ngang hàng, dữ liệu phân tán, công nghệ mạng tự phục hồi và các dịch vụ cloud từ xa. Cơng
nghệ điện tốn biên được hỗ trợ bởi phần cứng công nghệ cao (như công nghệ nano) với
thành phần lưu trữ đệm, xử lý nhanh theo hướng AI, nhằm tăng hiệu suất và tối ưu hóa cao
131


hệ thống hay các thiết bị. Đối với các bộ xử lý được sử dụng trong các thiết bị điện tốn
biên cũng được cung cấp tính bảo mật phần cứng và được cải thiện mức hao tốn năng lượng
thấp.
Điện toán biên được cung cấp xử lý mang tính AI nên khi hoà nhập xử lý trong hệ
thống IoT, hay trong một hệ thống điện tốn đám mây. Ngồi ra, điện tốn biên cịn có
nhiều lợi thế hơn so với các kiến trúc truyền thống như: phần cứng ứng dụng công nghệ cao
(như nano, nén mạch,..), tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, hiệu suất vận hành cao, giảm
thiểu rủi ro khi giao tiếp xử lý dữ liệu lớn,….
➢ Lợi ích của điện toán biên
Việc thực hiện các tính toán xử lý thông minh ở biên mạng giúp giảm lưu lượng
mạng, giúp giảm nguy cơ tắc nghẽn dữ liệu. Ngoài ra, điện toán biên cũng cải thiện bảo
mật dữ liệu bằng cách mã hóa dữ liệu khi chuyển giao trong liên mạng, đồng thời tối ưu

hóa và bảo tồn dữ liệu trong quá trình chuyển giao với hệ thống sương mù cũng như thiết
bị cơng nghệ.

Hình 6: Sự phát triển và dự báo lợi nhuận đến 2023 của công nghệ biên trên thế giới
(ngiồn: marketersmedia)

2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG IOT VẬN HÀNH VỚI BA CÔNG
NGHỆ QUẢN TRỊ DỮ LIỆU (nêu trên)
Trên thực tiễn thì hệ thống IoT sẽ phải cung cấp kết nối chuyên sâu cho các thiết bị,
hệ thống và dịch vụ. Mối kết nối này phải mang hiệu quả tốc đọ thật vượt trội, hỗ trợ đa
dạng giao thức, chuẩn xác phân giải tên miền (domain name), và đa dạng các ứng dụng trên
sự đa dang của các thiết bị cơng nghệ. Ngồi ra, cịn có sự kết nối với các thiết bị nhúng
(như cảm biến, đếm thời gian,…) với tất cả các vật dụng thơng minh. Khi đó, thế giới sẽ
132


được kỳ vọng mở ra kỷ nguyên tự động hóa trong hầu hết các ngành, từ những ứng dụng
chuyên sâu như: điện lưới thông minh, quản lý thành phố thông minh, thiết bị tự vận hành,…
Sự nối kết đó thơng qua việc định danh riêng cho: mỗi thiết bị, mỗi con người, mỗi đối
tượng hiện hữu trong hệ thống IoT; và tất cả đều phải được thiết kế để có khả năng: truyền
tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực
tiếp giữa người với người, hay người với máy tính.

Hình 7: Mơ hình số lượng và kiến trúc liên kết-vận hành giữa ba công nghệ quản trị dữ liệu:
công nghệ đám mây, công nghệ sương mù và công nghệ biên

Các thiết bị công nghệ trong hệ thống IoT đang phát triển ngày tràn ngập thế
giới. Trên thực tế, các nghiên cứu cho thấy có thể hơn 75 tỷ thiết bị sẽ hoạt động vào năm
2025 (nguồn: smartfactoryvn). Từ trợ lý giọng nói thơng minh đến đèn hiệu trong cửa hàng,
các thương hiệu đang thử nghiệm các điểm tiếp xúc để cải thiện trải nghiệm của khách hàng

và thu thập dữ liệu theo những cách mới và sáng tạo.
Vấn đề đặt ra là với dòng dữ liệu khổng lồ được thu thập từ mỗi thiết bị. Làm thế nào
và ở đâu với số lượng dữ liệu lớn và lâu dài như vậy có thể được xử lý ? Điện tốn đám
mây bị hạn chế bởi: khoảng cách xa và bị khối lượng dữ liệu lưu trữ lớn, do đó rất cần
những thuật ngữ điện toán biên và điện toán sương mù để hỗ trợ giải quyết xử lý-trung
chuyển dữ liệu với các thiết bị cơng nghệ.
Ví dụ minh chứng cho điểm yếu của điện toán đám mây là: nếu đăng ký mua hàng
trên Amazon hay viết mail qua Gmail, thì những dữ liệu đó phải được gửi đến cho Trung
tâm dữ liệu của Amazon hoặc Google xử lý. Chẳng hạn khi soạn thảo văn bản trên Google
Docs, thì mỗi lần nhập văn bản, thì văn bản đó sẽ được gửi đến Trung tâm dữ liệu của
Google cách xa hàng trăm-ngàn cây số. Vì thế cần phải đưa dữ liệu-thơng tin lên đám mây
để xử lý, trong trường hợp đám mây bị quả tải hoặc đường truyển khơng tốt, có thể sẽ phải
133


đợi một thời gian sau mới nhận được hồi đáp. Khi đó cơng nghệ sương mù và cơng nghệ
biên sẽ hỗ trợ đắc lực trong việc: phân tích độ ưu tiên, tập hợp dữ liệu, lưu trữ tạm chờ trung
chuyển, mã hố dữ liệu, điều phối thơng minh,… đều được xử lý theo tính chất AI và với
tốc độ cao đường truyền không dây (như 5G); kết quả tốc độ xử lý toàn hệ thống IoT sẽ sát
với thời gian thực.

Hình 8: Xu hướng 10 ứng dụng hàng đầu trên thế giới trong hệ thống IoT trong 2020
(nguồn: IoT Analytics)

➢ Xe tự hành
Hiện nay, xe tự lái đại diện cho một trong những trường hợp minh chứng xử lý biên
của hệ thống IoT. Một tình huống đơn giản là xe tự lái không thể dựa vào một máy chủ từ
xa để quyết định xem nó có cần dừng lại (trong thời gian thực) khi có người đi bộ băng qua
đường phía trước nó hay khơng?. Vì thế, quyết định cần phải được đưa ra ngay lập tức. Dữ
liệu phải được xử lý theo tình huống tại chỗ (on-premise) đã lập sẵn, bất kể có kết nối

internet hay khơng! Và tình huống này vẫn phải được gửi về đám mây để làm căn cứ thông
báo cho các xe tự lái khái đang di chuyển trên đường.
Trong trường hợp là vật cản là cố định, được thuật toán xác định theo khoảng cho
phép thì thơng tin này sẽ được lưu trữ trên đám mây và tất cả các xe tự lái sẽ tự cập nhật
trong danh sách vật cản trong lưu trữ biên. Cũng theo phương thức như thế, hệ thống biên
các thiết bị công nghệ sẽ cập nhật các thông tin để hỗ trợ tư hành về: thời tiết, sự cố trên
đường, … và tất cả được xử lý nhanh chóng nhờ hệ thống sương mù phân tích-trung chuyển
dữ liệu được cài đặt trải khắp theo khoảng cách-diện tích có thể quản lý được.

134


Một trong những kỹ thuật để xử lý thông tin cho xe tự lái, là bản đồ động cục bộ
(Local Dynamic Map - LDM), do Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (the European
Telecommunications Standards Institute-ETSI) thiết kế. Phương thức này sẽ lưu trữ dữ liệu
giữa các yếu tố khác nhau như: bản đồ độ nét cao, thời tiết và thông tin giao thông thành
bốn các lớp đặc trưng, được lưu trữ-điều phối tại các trung tâm LDM.

Hình 9: Mơ hình cắt lớp xử lý thơng tin theo kỹ thuật LDM (nguồn: ETSI)

➢ Thiết bị chăm sóc sức khỏe
Một điển hình trong lĩnh vực các thiết bị theo dõi sức khỏe; trong ngữ cảnh, được sử
dụng trong điều trị từ xa để theo dõi các tình trạng bệnh mãn tính của bệnh nhân. Ví dụ,
máy đo nhịp tim phải có khả năng lưu trữ và phân tích dữ liệu sức khỏe một cách độc lập;
khi thấy có nhịp tim khác thương so với nhịp tim chuẩn (đã được lưu trữ trong). Khi đó, có
thể ngay lập tức cung cấp thơng tin trên đám mây và kích hoạt chuỗi phản ứng cần thiết cho
bác sĩ chăm sóc từ xa và đồng thời cảnh báo cho bệnh nhân phải thông báo trực tiếp đến
bác sĩ để giúp đỡ.
Khi đó, các dữ liệu-thơng tin được lưu trữ-phân tích-xử lý theo AI được: (1) các thiết
bị trong thiết bị công nghệ thuộc hệ thống công nghệ biên; (2) đồng thời được hỗ trợ truyền

tải thông qua thiết bị công nghệ sương mù như các nút-trạm trong môi trường mạng không
dây – tốc độ truyền cao; khi đó sẽ tăng tốc độ xử lý sát thời gian thực trong hệ thống IoT.
Đối với việc chăm sóc sức khoẻ cho con người, thì xử lý theo thời gian thực được đặt
lên hàng đầu trong công nghệ quản trị dữ liệu nói chung. Một tình hng điển hình là: phẫu
thuật có hỗ trợ robot, khi đó là khi mỗi nano giây có thể có nghĩa là sự khác biệt giữa sống
135


và chết đối với người bệnh. Những robot này cần có khả năng tự phân tích dữ liệu để cung
cấp hỗ trợ trong phẫu thuật một cách an toàn, nhanh chóng và chính xác. Từ đây, thấy được
tầm quan trọng ccủa ba cơng nghệ đã đề cập trên.

Hình 10: Mơ hình chăm sóc sức khoẻ từ xa trong hệ thống IoT

3. KẾT LUẬN
Hiện nay, các công nghệ quản trị dữ liệu hoạt động trong môi trường liên mạng không
dây-tốc độ nhanh, đang được xem là một cơng nghệ “chìa khóa” cho tốc độ xử lý theo thời
gian thực trong hệ thống IoT. Các công nghệ quản trị dữ liệu hiện cũng đã và đang được
củng cố thêm xử lý theo AI, đồng thời các phần cứng tích hợp cảm biến-đa chức năng; giúp
cho nền công nghệ thông minh-tự động đang được nghiên cứu và phát triển trong độ tin
cậy-hiệu quả cao. Khi đó, thế giới sẽ có nhiều ứng dụng thông minh phục vụ cho đời sống
con người, nhằm phát triển kinh tế - xã hội ở mức công nghệ hiện đại trong tương lai gần.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Aelee Yoo ,Sooyeon Shin,Junwon Lee, Changjoo Moon (11/2020) “Implementation
of a Sensor Big Data Processing System for Autonomous Vehicles in the C-ITS
Environment”. Department of Smart Vehicle Engineering, Intelligent Data Processing
laboratory, Konkuk University, Korea
[2] />[3]
[4] />[5] />136