Công nghệ mạng Internet của Vạn vật (IoE) cho thành phố thông minh (P1)

LTS. Quá trình đô thị hóa, xu thế chung đang diễn ra trên toàn cầu, đã tạo nên áp lực rất lớn cho mọi quốc gia, chính quyền thành phố trong công tác quản lý hạ tầng, kinh tế và xã hội, đặc biệt đối với những hạ tầng thiết yếu như giao thông,, điện, nước, y tế. Ở Việt Nam, tháng 8/2013, Đà Nẵng công bố đề án xây dựng "Thành phố thông minh hơn", trong đó, giai đoạn đầu tập trung vào hạ tầng giao thông,, nước để cải thiện đời sống người dân. Tháng 3/2014, Sở Thông tin và Truyền thông thành phố Hà Nội công bố đang lấy ý kiến đóng góp cho đề án "Xây dựng thành phố Hà Nội thông minh hơn", dự kiến sẽ trình UBND thành phố Hà Nội vào tháng 6/2014. Để góp phần tìm hiểu những xu thế công nghệ mới trong xây dựng thành phố thông minh, bài báo của các tác giả Shane Mitchell, Nicola Villa, Martin Stewait-Weeks và Anne Lange từ công ty Cisco sẽ nêu tầm quan trọng của công nghệ mạng Internet của Vạn vật (IoE) và phân tích những cơ hội, thách thức và giải pháp mà chính quyền các thành phố cần xem xét trong các đề án xây dựng thành phố thông minh hơn.

Là phiên bản thu nhỏ của Internet của Vạn vật (Internet of Everything - IoE), các thành phố có vị thế riêng để được hưởng lợi nhiều nhất từ việc kết nối con người, quy trình, dữ liệu và sự vật. Hợp tác với Cisco, cùng với các nhà sáng chế toàn cầu và địa phương, các thành phố đang phát triển các dự án, nền tảng và môi trường liên quan đến IoE. Những bài học và khung giải pháp từ nhiều dự án thí điểm có thể mang đến cho các thành phố khác một hình mẫu để xây dựng chiến lược cũng như phát triển các sáng kiến riêng cho thành phố của họ.

CÁC THÀNH PHỐ: MẢNH ĐẤT MÀU MỠ CHO VIỆC KHAI THÁC GIÁ TRỊ CỦA IOE

Trong vòng vài năm qua, định nghĩa về "Thành phố Thông minh“ (TPTM) đã phát triển và hàm ý về rất nhiều nghĩa đối với rất nhiều người. Tuy nhiên, có một việc không hề thay đổi, đó là một phần trong việc trở nên "thông minh“ là ứng dụng CNTT-TT và Internet để giải quyết những thách thức đô thị.

Các thành phố hiện nay phải đối mặt với rất nhiều thách thức khác nhau, bao gồm cả vấn đề tạo công ăn việc làm, tăng trưởng kinh tế, đảm bảo tính bền vững về môi trường và độ ổn định về mặt xã hội. Với những thách thức đó, việc hiểu rõ được chúng ta đang ở đâu trong quá trình phát triển Internet có ý nghĩa quan trọng đối với quá trình xây dựng kế hoạch tương lai của thành phố.

Căn cứ vào các giai đoạn phát triển, Cisco tin rằng, có nhiều tổ chức hiện đã có cơ hội được trải nghiệm Internet của Sự vật (Internet of Things - IoT), hay là sự kết nối của nhiều thực thể vật lý lại với nhau. Khi các sự vật được bổ sung thêm những năng lực như là khả năng nhận biết ngữ cảnh, sức mạnh xử lý cao hơn và sự độc lập về năng lượng và khi có thêm nhiều người và loại thông tin mới được kết nối, IoT trở thành IoE, một mạng lưới của những mạng lưới trong đó hàng tỷ, nếu không nói là hàng tỷ tỷ kết nối đang tạo ra những cơ hội chưa từng có nhưng đồng thời cũng làm nảy sinh những rủi ro mới.

Trên thực tế, chúng ta đang chứng kiến sự xuất hiện của một yêu cầu cấp thiết mới từ các nhà lãnh đạo lĩnh vực công và các ngành khác. Kiến trúc đô thị số (Digital Urbanism) đang nhanh chóng trở thành một trong những trụ cột chính của các nhà quy hoạch, kiến trúc sư, nhà phát triển và các nhà cung cấp dịch vụ giao thông vận tải đô thị, cũng như là hoạt động cung cấp các dịch vụ công.

Từ quan điểm lãnh đạo trong lĩnh vực hành chính công, các thành phố có thể được coi là phiên bản thu nhỏ của những mạng được kết nối hình thành nên IoE. Trên thực tế, các thành phố đóng vai trò "các mảnh đất màu mỡ" để hiện thực hóa giá trị của IoE.

Tuy nhiên, để điều đó trở thành hiện thực, các nhà lãnh đạo thành phố phải hiểu rõ các cấu phần của IoE, bao gồm con người, quy trình, dữ liệu và sự vật cùng phối hợp hoạt động với nhau và đảm nhiệm những vai trò nhất định, để hỗ trợ hoạt động của các thành phố và cộng đồng tương lai của chúng ta.

-Con người. Trong IoE, con người có thể kết nối với Internet theo nhiều cách khác nhau. Hiện nay, phần lớn mọi người kết nối vào Internet thông qua các thiết bị và mạng xã hội. Khi Internet phát triển hướng tới IoE, chúng ta sẽ được kết nối theo những cách thức phù hợp và có ý nghĩa hơn. Ví dụ như, trong tương lai, con người sẽ có thể nuốt một viên thuốc có khả năng cảm nhận và báo cáo về tình trạng đường tiêu hóa với một bác sĩ thông qua một kết nối Internet an toàn. Theo Gartner, bản thân con người cũng sẽ trở thành những nút mạng trên Internet, trong đó hàm chứa cả thông tin ở trạng thái tĩnh và một hệ thống phát ra thông tin liên tục.

-Dữ liệu. Với IoT, các thiết bị thường thu thập và phát trực tuyến dữ liệu qua Internet đến một nguồn dữ liệu tập trung, nơi nó được phân tích và xử lý. Khi các năng lực của những sự vật được kết nối vào Internet tiếp tục phát triển, chúng sẽ trở nên thông minh hơn khi có thể kết hợp dữ liệu trở thành những thông tin hữu ích hơn. Thay vì chỉ báo cáo về những dữ liệu thô, những sự vật được kết nối sẽ sớm gửi những thông tin ở mức độ khái quát hơn trở lại những máy móc, máy tính và con người để tiếp tục đánh giá và ra quyết định. Quá trình chuyển đổi từ dữ liệu thành thông tin này trong IoE có ý nghĩa quan trọng bởi vì nó sẽ cho phép chúng ta đưa ra những quyết định nhanh chóng hơn, thông minh hơn cũng như là kiểm soát môi trường của chúng ta một cách hiệu quả hơn.

- Sự vật. Cấu phần này được tạo thành từ các yếu tố vật lý như là cảm biến, thiết bị tiêu dùng và các thiết bị doanh nghiệp được kết nối cả vào Internet và được kết nối với nhau. Trong IoE, những sự vật này sẽ nhận biết được nhiều dữ liệu hơn, có khả năng nhận biết ngữ cảnh và cung cấp thêm nhiều thông tin thử nghiệm hơn để giúp con người và máy móc đưa ra được những quyết định có ý nghĩa và giá trị cao hơn. Những ví dụ về "sự vật“ trong IoE bao gồm cả những cảm biến thông minh được tích hợp vào trong những kết cấu như cầu cống và những cảm biến sử dụng 1 lần (disposable) được gắn vào những hàng hóa sử dụng hàng ngày như hộp sữa.

-Quy trình. Quy trình đóng một vai trò quan trọng trong cách thức mỗi thực thể nói trên (con người, dữ liệu và sự vật) cùng hoạt động với nhau để tạo ra giá trị trong một thế giới được kết nối của IoE. Với quy trình đúng, các kết nối sẽ trở nên phù hợp và làm gia tăng thêm giá trị bởi vì thông tin đúng sẽ được cung cấp đến đúng người vào đúng thời điểm theo một cách thức phù hợp nhất.

CÁC MÔ HÌNH ĐIỀU HÀNH THÀNH PHỐ DÀNH CHO IoE

Các nhà lãnh đạo thành phố đang phải đối mặt với nhiều thách thức có ảnh hưởng tới các mô hình hoạt động của họ dành cho IoE.

-Các mô hình hoạt động mới. Phải đối mặt với những áp lực chưa từng có về ngân sách, các nhà lãnh đạo thành phố đang xây dựng những mô hình hoạt động có hiệu quả cao hơn bằng cách từ bỏ mô hình áp đặt từ trên (top-down), các hệ thống quản lý tập trung và phá bỏ các "ốc đảo“ về chức năng và phòng ban dịch vụ. Để đảm bảo tính hữu ích, các giải pháp TPTM cần phải không chỉ tạo ra được những lợi ích tiềm ẩn mà còn phải cho phép nhà lãnh đạo quản lý các chi phí của thành phố một cách hiệu quả hơn. Trong bối cảnh đó, nhiều chiến lược về TPTM đã tập trung vào việc cung cấp các giải pháp theo mô hình "trả tiền theo mức độ sử dụng“ (pay per use).

-Về phương diện mua sắm, chính quyền thành phố đang bắt đầu chuyển đổi từ một mô hình mua sắm sản phẩm và dịch vụ tập trung sang mô hình "quyết định như là một dịch vụ“ (decision as a service). Ví dụ như, thành phố Barcelona, Cisco và một số đối tác đang triển khai một chương trình phát triển một mô hình hoạt động "chiếu sáng như là một dịch vụ“ (light as a service) thông qua sử dụng cơ sở hạ tầng chiếu sáng công cộng.

-Các kế hoạch triển khai IoE. Các nhà lãnh đạo thành phố đang khám phá những chiến lược mới để cho phép họ dự báo và thích ứng một cách nhanh chóng hơn với những biến động có ảnh hưởng tới các thành phố của họ. Trên cơ sở đó, các thành phố cần xây dựng một kế hoạch triển khai đồng bộ để đảm bảo sự phối hợp giữa nhiều chức năng khác nhau nhằm tối ưu hóa số lượng cảm biến và dịch vụ được cung cấp. Điều đó sẽ cho phép họ tránh được sự chồng chéo, lãng phí, hóa giải các quan ngại về an ninh bảo mật và tính riêng tư, cũng như kiểm soát được sự gia tăng số lượng cảm biến nhanh chóng. Một yếu tố có ý nghĩa quan trọng là phát triển các quy định thông minh, điều chỉnh việc triển khai các thiết bị được kết nối ở các cấp độ công cộng và cá nhân cũng như là tích hợp với các tập hợp dữ liệu khác nhau phát sinh từ những thiết bị đó.

-Sở hữu dữ liệu của thành phố. Mặc dù việc tích hợp các tổ chức khác nhau ở các cấp độ mạng và cơ sở hạ tầng đã chứng tỏ là gần như không thể, việc tích hợp ở cấp độ dữ liệu vẫn đang diễn ra. Bằng cách kết hợp dữ liệu công cộng và dữ liệu cá nhân, các chính quyền thành phố có thể khai thác những thông tin hỗ trợ ra quyết định để tạo ra giá trị cho chính quyền thành phố, hoặc trực tiếp cho công dân. Khi những tranh luận về hoạt động quản trị và việc khai thác dữ liệu một cách có đạo đức ngày càng thu hút được sự quan tâm của xã hội, các nhà lãnh đạo thành phố đang tìm kiếm những cách thức để bảo toàn những tài sản của thành phố (dữ liệu) cũng như là những tài sản của công dân trong khi vẫn tích hợp được những nguồn dữ liệu này với những nguồn dữ liệu khác đến từ lĩnh vực tư nhân. Các thành phố đang giải quyết những khía cạnh về quản lý dữ liệu, bao gồm cả quyền sở hữu trí tuệ, hoạt động xử lý dữ liệu thích hợp và các yêu cầu về lưu trữ và phân phối dữ liệu vật lý.

-Các mô hình quản trị mới. Các TPTM tạo ra một môi trường có thể ảnh hưởng tới các quy trình ra quyết định và quyền sở hữu dự án. Nó dẫn đến đòi hỏi cấp thiết đối với các nhà lãnh đạo trong việc xây dựng các luật chơi mới. Thiết kế mang tính cộng tác của mối quan hệ sở hữu và quy trình đa thành phần đòi hỏi phải có các mô hình kinh doanh và quản trị mới, một điều cần thiết để gắn kết mọi dịch vụ trong thành phố. Hoạt động cộng tác liên chức năng và liên tổ chức này là cần thiết để hợp nhất một hệ sinh thái ngày càng phức tạp, cần thiết để cung cấp các giải pháp toàn diện cho các TPTM.

-Những thách thức về mặt xã hội. Những quan ngại liên quan đến những thách thức về mặt xã hội (như ô nhiễm, mức độ bức xạ khí CO2, chất lượng cuộc sống) cũng có ý nghĩa quan trọng như những ảnh hưởng về mặt kinh tế và xã hội. Do đó, thiết kế của dự án, được hỗ trợ bởi một mô hình giả định về mặt kinh tế mạnh mẽ và đa chiều, phải đặt mục tiêu đánh giá cả về định tính và định lượng những lợi ích thu được của những người tham gia dự án.

KIẾN TRÚC CÔNG NGHỆ IoE DÀNH CHO CÁC THÀNH PHỐ

Các kiến trúc kỹ thuật của IoE dành cho các thành phố đòi hỏi sự tích hợp không gây gián đoạn của các cảm biến vào môi trường truyền thông chung. Từ trước đến nay, một mạng riêng được triển khai để hỗ trợ một ứng dụng nhất định, như nhu cầu quản lý đèn đường, camera giám sát an ninh, hoặc giám sát môi trường. Mặc dù từng mạng riêng có khả năng phân vùng mạng thành các phân đoạn khác nhau, chúng thường không được tối ưu hóa (về chi phí, an ninh và độ sẵn sàng), từ đó tạo ra những "ốc đảo“ thông tin. Ngoài ra, những tương tác giữa các cảm biến và thiết bị trong từng mạng cũng đòi hỏi mức độ tích hợp nhất định.

Các thành phố đang khám phá mô hình triển khai cơ sở hạ tầng đa dịch vụ theo chiều ngang, trong đó vận hành mọi hệ thống của thành phố. Những khuynh hướng như vậy được thiết kế để hỗ trợ việc tích hợp dễ dàng, liền mạch các ứng dụng mới trong đó thường đòi hỏi việc lắp đặt những thiết bị đầu cuối và cấu trúc phần mềm liên quan. Mục tiêu là đảm bảo rằng các dịch vụ tương lai có thể được bổ sung với mức chi phí và gián đoạn thấp nhất đối với kiến trúc mạng hiện tại. Tính hiệu quả của kiến trúc kỹ thuật sẽ được quyết định bởi việc nó sẽ đạt được hiệu quả đến đâu trong việc:

-Kết nối con người, máy móc và cảm biến trên phạm vi toàn thành phố (cả ở môi trường trong nhà và ngoài trời).

-Thu thập dữ liệu theo thời gian thực và theo ngữ cảnh một cách an toàn từ nhiều nguồn khác nhau.

-Lưu dữ liệu từ các thiết bị, con người và ứng dụng để nó có thể mở rộng nhằm hỗ trợ được những khối lượng dữ liệu lớn hơn.

-Tổ chức dữ liệu bằng cách sử dụng các kết nối phù hợp với ngữ cảnh và gửi nó đến những người dùng liên quan tương ứng với quyền truy cập của từng cá nhân.

-Phân tích dữ liệu bằng cách giải nghĩa và tìm sự tương quan giữa các hình mẫu (pattern) sử dụng, như các xu thế bán hàng, qua đó tạo ra các cơ hội doanh thu trong tương lai. Điều quan trọng là, kiến trúc kỹ thuật cần phải cải thiện năng lực mô hình hóa mang tính dự báo bằng cách cho phép các thành phố phân tích dữ liệu lịch sử.

-Chia sẻ thông tin với người dùng cuối và phát hành những dữ liệu được liên kết phù hợp với ngữ cảnh. Người dùng cuối bao gồm cả các cơ quan của thành phố sử dụng những ứng dụng nhất định và những cư dân thành phố được quyền truy cập vào thông tin cả trên điện thoại thông minh của họ hoặc từ các ki-ốt đa phương tiện.

-Hỗ trợ một hệ sinh thái mở để sáng tạo nhằm phát triển các dịch vụ mới hấp dẫn đối với cả công dân và các nhà lãnh đạo thành phố. Các nền tảng cần phải đảm bảo tính mở đối với các doanh nghiệp mới được thành lập và các doanh nghiệp lớn tại địa phương (có thể là miễn phí hoặc trả phí) và các doanh nghiệp địa phương có thể phát triển các giải pháp riêng của mình phù hợp với quy ước của thành phố về hành vi chuẩn mực.

Để đạt được những mục tiêu này, kiến trúc công nghệ cần phải hỗ trợ hàng triệu thiết bị và cảm biến; hàng nghìn máy chủ; các hoạt động truyền, xử lý và phát trực tuyến dữ liệu lớn đa chiều,... Điều quan trọng hơn là, cơ sở hạ tầng cần phải xử lý được dữ liệu, nắm bắt thông tin và đưa ra quyết định ở biên mạng mà không cần phải truyền một lượng lớn dữ liệu đến một trung tâm dữ liệu và sau đó đưa thông tin quyết định trở lại. Quy mô và độ phức tạp rất cao của kiến trúc này sẽ làm cho việc dự báo tốc độ, độ tin cậy, chất lượng và đảm bảo an ninh của hoạt động cung cấp dịch vụ trở nên khó khăn.

Giải pháp đầu tiên để vượt qua những thách thức này có thể chỉ đơn giản là bổ sung thêm sức mạnh xử lý cho cơ sở hạ tầng công nghệ hiện tại của thành phố. Tuy nhiên, để có được những thuộc tính mô tả ở trên, cần phải sử dụng một kiến trúc hoàn toàn mới. Kiến trúc dựa trên IoE tích hợp một số đặc tính riêng và làm cho nó trở nên có phạm vi rộng hơn, ổn định và mạnh mẽ hơn so với các hệ điều hành thường được sử dụng bởi các thành phố trong khoảng năm năm qua.

(Nguồn: http://www.cisco.com/web/about/ac79/innov/IoE.html).

(còn nữa)

(TCTTTT Kỳ 2/5/2014)