Chuyển động ICT

Xu hướng hội tụ công nghệ và tương lai của IoT

Nguyễn Văn Bình - VNNIC • 09/10/2023 07:45

Việc có quá nhiều công nghệ và ứng dụng trong lĩnh vực Internet vạn vật (Internet of Things - IoT) đã làm phân mảnh các giải pháp kỹ thuật và gây khó khăn cho người dùng khi tích hợp thiết bị từ nhiều hãng.

Một số tổ chức và liên minh đã nỗ lực xây dựng một giải pháp chung cho IoT nhưng chưa giải quyết được vấn đề. Mới đây, sự ra đời giao thức Matter kết hợp với một số công nghệ hiện có đang mang đến kỳ vọng to lớn về một giải pháp thống nhất cho IoT. Đã có rất nhiều hãng tham gia và áp dụng giải pháp này cho sản phẩm của mình, nếu thành công giải pháp này sẽ tác động mạnh đến mọi khía cạnh của lĩnh vực IoT, đặc biệt là sự phát triển của IoT và Internet trong tương lai.

Hiện trạng lĩnh vực IoT

Trong những năm qua, lĩnh vực IoT có tốc độ phát triển nhanh và quy mô thị trường rất lớn. Theo Fortune Business Insights quy mô thị trường IoT trong năm 2022 là 544,38 tỷ USD, dự kiến tăng lên 662,21 tỷ USD trong năm 2023 và đến năm 2030 sẽ là 3.352,97 tỷ USD. Tỉ lệ tăng trưởng kép hằng năm trong giai đoạn 2023-2030 được dự đoán là 26,1%.

Hình 1: Quy mô thị trường IoT (theo Fortune Business Insights)

Thị trường IoT có tiềm năng tăng trưởng vượt bậc nên thu hút nhiều hãng công nghệ tham gia và đặc biệt là các quỹ đầu tư vào các công ty khởi nghiệp IoT. Sự tham gia đông đảo của các thành phần từ phát triển phần mềm, sản xuất thiết bị, phát triển ứng dụng, xây dựng hạ tầng kết nối, dịch vụ ... đã dẫn đến có quá nhiều công nghệ, thiết bị và giải pháp cho lĩnh vực này.

Hình 2: Những hãng phần mềm về IoT phổ biến nhất (theo IoT Analytics)

Các giải pháp công nghệ IoT thực sự bị phân mảnh và không thể xây dựng một giải pháp chung đáp ứng nhu cầu tổng thể. Sự phân mảnh này được thể hiện qua một số khía cạnh sau:

- Thiết bị: Rất nhiều thiết bị IoT được phát triển nhằm đáp ứng các nhu cầu thực tế như: cảm biến, điều khiển thông minh, thiết bị y tế, sản xuất, nông nghiệp...

- Chuẩn kết nối: Có khá nhiều chuẩn kết nối được sử dụng cho IoT như: Wifi, Bluetooth, Zigbee, Z-Wave, 6LoWPAN, Lora, NB-IoT, Sigfox ...

- Phần mềm ứng dụng: Nhiều phần mềm hỗ trợ quản lý, điều khiển thiết bị IoT như: Google Home, Apple Homekit, Amazon Alexa, Tuya Smart Life, Samsung SmartThings, Home Assistant, Aqara Home, ... nhưng mỗi phần mềm chỉ hỗ trợ một số loại thiết bị.

- Các giao thức hỗ trợ: Rất nhiều giao thức được phát triển và ứng dụng trong IoT như MQTT, CoAP, XMPP, RPL, ...

Sự phân mảnh công nghệ làm cho vấn đề tương thích giữa các thiết bị IoT trở nên khó khăn và hạn chế tiềm năng phát triển lĩnh vực này. Nhiều nỗ lực chuẩn hóa đã được thực hiện, trong đó hai tổ chức quan trọng tham gia tích cực vào việc chuẩn hóa là Hiệp hội Điện - Điện tử IEEE và nhóm chuyên trách kỹ thuật về Internet IETF. Họ đã đề xuất rất nhiều giao thức cho IoT, trong đó phần lớn đã được đưa vào sử dụng thực tế và một số khác vẫn đang trong quá trình nghiên cứu.

Những nỗ lực này nhằm tạo ra những chuẩn giao thức giúp các thiết bị và hệ thống IoT có khả năng tương thích cao để lĩnh vực này phát triển mạnh và bền vững hơn. Tuy nhiên, việc thống nhất giữa các bên tham gia thị trường IoT và việc áp dụng các tiêu chuẩn này trên toàn cầu là một vấn đề khá thách thức.

Hình 3: Những giao thức IoT được chuẩn hóa (theo tổ chức ETSI)

Xu hướng công nghệ IoT hiện nay

Trước hiện trạng của lĩnh vực IoT, vào tháng 12/2019 các hãng công nghệ lớn bao gồm Amazon, Apple, Google và liên minh Zigbee (hiện là liên minh CSA) đã khởi xướng dự án có tên gọi là CHIP (Connected Home over IP Project) nhằm mục đích cải thiện khả năng tương thích và bảo mật cho các thiết bị IoT dân dụng. Dự án này được đổi tên thành Matter vào tháng 5/2021. Những mô tả đầu tiên của giao thức Matter được xuất bản vào tháng 11/2022. Ngay sau đó, vào tháng 01/2023, nhiều sản phẩm IoT hỗ trợ Matter đã được giới thiệu tại hội chợ điện tử tiêu dùng CES 2023. Gần đây nhất tại hội chợ công nghệ Đức IFA 2023 (tháng 9/2023) nhiều những sản phẩm Matter khác cũng được trưng bày.

Hình 4: Mô hình hoạt động của giao thức Matter

Matter giải quyết được ba vấn đề quan trọng liên quan đến IoT đó là: Sử dụng giao thức liên mạng IPv6 để có thể kết nối Internet, tạo ra “ngôn ngữ” chung để các thiết bị có thể nói chuyện trực tiếp và đơn giản hóa cũng như bảo mật cho việc kết nối thiết bị mới. Matter không phải là một nền tảng mới mà chỉ là giao thức ở lớp ứng dụng nên rất dễ dàng tích hợp lên các thiết bị IoT (thông qua nâng cấp phần mềm). Với Matter người dùng có thể sử dụng một nền tảng ứng dụng ưa thích để điều khiển tất cả các thiết bị hỗ trợ Matter đến từ các nhà sản xuất khác nhau hoặc thậm chí có thể sử dụng nhiều nền tảng để cùng kiểm soát một thiết bị IoT.

Một chuẩn công nghệ mới thường cần thời gian đủ dài để đưa vào thương mại nhưng với Matter thì câu chuyện lại khác. Hiện nay, các hãng nổi tiếng về IoT đã triển khai ứng dụng Matter cho sản phẩm của mình (nhiều dự đoán rằng các Camera hỗ trợ Matter sẽ lần lượt được giới thiệu trong năm 2024). Điều này là do Matter được thiết kế hoạt động trên nền tảng của những công

nghệ sẵn có và phổ biến như: IPv6, Ethernet, Wifi và Thread thay vì phát triển công nghệ mới. Bên cạnh đó Matter cũng giúp người dùng dễ dàng lựa chọn, khai báo và sử dụng thiết bị IoT, nâng cao tính trải nghiệm người. Với chiếc điện thoại người dùng chỉ cần quét mã QR Code trên thiết bị Matter là có thể thêm mới thiết bị một cách nhanh chóng và bảo mật. Hiện nay Matter đang được người dùng chào đón tích cực và sẽ sớm trở thành công nghệ vượt trội, đây là yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn và xây dựng các giải pháp IoT trong tương lai.

Bên cạnh Ethernet và Wifi thì Thread được chọn làm chuẩn truyền tải dữ liệu cho Matter vì Thread hỗ trợ IPv6, điều mà các giao thức khác như Bluetooth, Zigbee hay Z-Wave không thể làm được. Thread hoạt động dựa

trên chuẩn IEEE 802.15.4, là chuẩn truyền dữ liệu không dây dành cho các thiết bị IoT có năng lực thấp, tốc độ thấp và mức tiêu hao năng lượng thấp. Ngoài hỗ trợ IPv6, Thread còn mang lại nhiều lợi ích và điểm tối ưu hơn so với công nghệ khác.

Hình 5: Kiến trúc và thành phần của mạng Thread (theo Thread Group)

Về kiến trúc Thread là mạng kết nối đa hướng theo dạng Mesh nên có tính dự phòng cao. Khi một hướng kết nối bị sự cố thì luồng dữ liệu sẽ được chuyển tiếp sang hướng kết nối khác. Các thiết bị IoT trong mạng Thread bao gồm loại có năng lực cao, sử dụng nguồn điện và cả loại có cấu hình thấp, sử dụng Pin hoặc thậm chí có thể tạm ngưng hoạt động (Sleep Mode).

Một (hoặc nhiều) thiết bị Thread đóng vai trò bộ định tuyến biên (Border Router) giúp kết nối mạng Thread ra mạng bên ngoài thông qua kết nối Wifi mà không cần thiết bị tập trung (Hub) hoặc phải kết nối Cloud như các giải pháp khác. Như vậy các thiết bị Thread có thể nối trực tiếp hoặc tương tác với các ứng dụng thông qua mạng LAN hoặc Internet. Ngoài ra, Thread cũng hỗ trợ bảo mật rất tốt khi sử dụng giao thức DTLS để truyền dữ liệu.

Dù ra đời từ năm 2014 nhưng chuẩn Thread không được phát triển mạnh bởi Thread không quy định lớp ứng dụng cụ thể nên các thiết bị Thread nếu sử dụng các ứng dụng khác nhau thì cũng không thể bắt tay nhau. Với sự ra đời của Matter thì sự kết hợp với Thread đang được kỳ vọng mang đến giải pháp thống nhất cho mảng IoT dân dụng, chấm dứt vấn đề dai dẳng nhất của lĩnh vực IoT là phân mảnh công nghệ.

Các thiết bị không hỗ trợ IPv6 như Zigbee, Z-Wave... vẫn có thể kết nối với thiết bị Matter thông qua các thiết bị cầu nối (Bridge). Nhiều hãng đã nâng cấp để các thiết bị Bridge hoặc Hub của mình hỗ trợ giao thức Matter.

Ngoài kỹ thuật 6LoWPAN nhằm áp dụng IPv6 cho chuẩn truyền tải IEEE 802.15.4 thì IETF cũng đang nghiên cứu kỹ thuật 6Lo áp dụng cho các chuẩn khác như Bluetooth, NFC, 802.11ah... và kỹ thuật SCHC áp dụng cho các chuẩn LPWAN như LoraWAN, Sigfox, NB-IoT... Như vậy với khả năng ứng dụng IPv6 cho các chuẩn truyền tải khác thì hy vọng có thể triển khai giải pháp Matter cho các thiết bị sử dụng những chuẩn truyền tải này trong tương lai.

Chuẩn bị cho xu hướng

Qua nội dung trình bày ở trên chúng ta có thể thấy rõ xu hướng hội tụ của các công nghệ IoT, xu hướng có tác động rất lớn đến tương lai của IoT. Điểm quan trọng nhất giúp xu hướng này thành công đó là sự đồng thuận giữa các hãng. Có người cho rằng, thay vì các hãng cố gắng dành nhau phần lớn nhất của một cái bánh nhỏ giờ thì họ đã ngồi lại cùng nhau để tạo ra một cái bánh to hơn.

Tất cả các bên tham gia, kể cả người dùng cuối, được hưởng lợi từ sự đồng thuận này nên triển vọng phát triển thành công của giải pháp Matter và đặc biệt là sự kết hợp với chuẩn Thread sẽ rất cao. Trước xu hướng này, có một số bước chuẩn bị quan trọng mà chúng ta cần phải xem xét.

Với việc đào tạo và nghiên cứu:

Kiến thức quan trọng cần bổ sung đầu tiên đó là giao thức Internet thế hệ mới IPv6 vì đây là giao thức truyền tải mạng cho Matter và Thread. Không chỉ phục vụ cho IoT trong tương lai IPv6 đang dần trở thành giao thức chính của mạng Internet, tốc độ chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 đang diễn ra mạnh mẽ trên thế giới cũng như tại Việt Nam.

Kiến thức quan trọng tiếp theo là nội dung về giao thức Matter và chuẩn Thread. Đây là các chuẩn mở nên tài liệu liên quan rất dễ tiếp cận nhưng nội dung khá mới và khá dài (tài liệu

Matter đến 899 trang) nên cần làm quen sớm và có cách tiếp cận hiệu quả.

Với hệ thống IoT hiện tại:

Matter cho phép các thiết bị tương tác trực tiếp nhau và sử dụng một nền tảng ứng dụng để quản lý tất cả các thiết bị Matter nên đối với hệ thống IoT hiện tại thì cần theo dõi thông tin từ các hãng để sớm nâng cấp phiên bản mới cho các thiết bị. Ngoài ra cũng cần cập nhật tính năng hỗ trợ Matter cho các thiết bị Hub hoặc Bridge để có thể quản lý các thiết bị đang sử dụng các công nghệ khác.

Vì Matter sử dụng giao thức IPv6 nên ngoài việc nâng cấp cho thiết bị IoT thì cũng cần nâng cấp hạ tầng mạng bên ngoài (LAN/WAN) hỗ trợ IPv6 để bảo đảm việc trao đổi dữ liệu IoT xuyên suốt.

Với hệ thống IoT tương lai:

Với những lợi ích mà Matter và Thread mang lại thì những kế hoạch và dự án IoT tương lai cần được xem xét kỹ. Các giải pháp cho IoT sẽ đơn giản hơn nhưng cách thức triển khai sẽ có nhiều điểm khác biệt. Việc điều khiển và giám sát thiết bị chỉ cần một nền tảng ứng dụng nên có thể tích hợp nhiều loại thiết bị đáp ứng một giải pháp quy mô và đa dạng hơn. Giải pháp của Matter và Thread không chỉ áp dụng trong lĩnh vực IoT dân dụng mà còn trong công nghiệp, nông nghiệp, y tế...

Là một kết quả đến từ sự hợp tác và có tính mở, giao thức Matter dựa trên nền tảng IPv6 được xem là bước tiến quan trọng đối với hệ sinh thái IoT, hướng tới một tương lai thông minh hơn, hiệu quả hơn và kết nối rộng hơn. Khi ngày càng nhiều hãng tham gia và áp dụng giao thức này cùng với Thread vào sản phẩm của mình thì chúng ta có thể kỳ vọng sự phát triển đột biến của IoT trong thời gian tới. Vì thế việc tiếp cận sớm và chuẩn bị cho xu hướng sắp đến này là khá quan trọng.

(Bài đăng ấn phẩm in Tạp chí TT&TT số 9 tháng 9/2023)