IoT Gateway là một thành phần quan trọng trong hệ thống Internet of Things (IoT). Nó hoạt động như một điểm trung gian giữa các thiết bị IoT và hạ tầng mạng, cho phép giao tiếp và truyền dữ liệu giữa chúng. Nó thu thập, xử lý và chuyển tiếp dữ liệu từ các thiết bị IoT lên nền tảng cloud hoặc hệ thống quản lý, đồng thời cung cấp khả năng kiểm soát và giám sát từ xa. IoT Gateway đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra sự kết nối thông minh và hiệu quả giữa môi trường vật lý và môi trường kỹ thuật số trong môi trường IoT. Hãy cùng Việt Tuấn tìm hiểu các thông tin chi tiết về IoT Gateway qua bài viết đưới dây nhé!

*IoT Gateway là gì? Cách thức hoạt động của IoT Gateway*

1. IoT Gateway là gì?

IoT Gateway (Cổng thông tin IoT) là một thiết bị vật lý hoặc chương trình phần mềm dùng để kết nối giữa đám mây (cloud) và các bộ điều khiển, cảm biến và thiết bị thông minh. Tất cả dữ liệu di chuyển giữa các thiết bị IoT và đám mây đều thông qua IoT Gateway, có thể là một thiết bị vật lý riêng biệt hoặc một chương trình phần mềm.

Đơn giản hơn, bạn có thể hiểu IoT Gateway như một "cầu nối" giữa các thiết bị IoT và internet. Nó giúp truyền dữ liệu từ các thiết bị thông minh như cảm biến, bộ điều khiển đến nền tảng đám mây và ngược lại. IoT Gateway đảm nhận vai trò quan trọng trong việc thu thập và gửi dữ liệu, xử lý thông tin, và thậm chí có thể điều khiển các thiết bị từ xa. Nó cung cấp khả năng giao tiếp và quản lý thông minh, giúp kết nối và điều khiển các thiết bị IoT một cách hiệu quả và an toàn.

Tìm hiểu thêm: Thiết bị mạng là gì? Chức năng, 10 loại thiết bị mạng cơ bản

*Mẫu thiết bị IoT Gateway công nghiệp dành cho các khu công nghiệp lớn*

2. IoT Gateway dùng để làm gì?

Một IoT Gateway (Cổng thông tin IoT) có vai trò như một bộ định tuyến mạng, định tuyến dữ liệu giữa các thiết bị IoT và đám mây. Ban đầu, hầu hết các thiết bị gateway chỉ gửi dữ liệu một chiều: từ các thiết bị IoT đến đám mây. Nhưng hiện nay, việc gateway xử lý cả lưu lượng đi và đến đã trở nên phổ biến. Lưu lượng đi được sử dụng để gửi dữ liệu IoT đến đám mây, trong khi lưu lượng đến được sử dụng cho các nhiệm vụ quản lý thiết bị, chẳng hạn như cập nhật firmware thiết bị.

Một số IoT Gateway còn làm nhiều hơn việc chỉ định tuyến lưu lượng. Thiết bị gateway có thể được sử dụng để tiền xử lý dữ liệu tại vị trí đầu mạng trước khi gửi nó đến đám mây. Bằng cách làm như vậy, thiết bị có thể loại bỏ trùng lặp, tóm tắt hoặc tổng hợp dữ liệu như một cách để giảm khối lượng dữ liệu cần chuyển tiếp đến đám mây. Điều này có thể ảnh hưởng lớn đến thời gian phản hồi và chi phí truyền tải qua mạng.

Lợi ích khác của một IoT Gateway là nó có thể cung cấp bảo mật bổ sung cho mạng IoT và dữ liệu mà nó vận chuyển. Mặc dù các thiết bị IoT đang được cải thiện, nhưng thường xuyên bị phát hiện không an toàn. Ví dụ, vào năm 2020, một lỗ hổng được biết đến là Ripple20 được phát hiện trong thư viện TCP/IP được sử dụng bởi hàng trăm triệu thiết bị IoT, làm cho các thiết bị này trở nên dễ bị tấn công. Bạn đọc có thể tìm hiểu thêm thông tin về TCP/IP tại đây

Một cách để bảo vệ hệ sinh thái IoT là sử dụng một IoT Gateway được thiết kế đặc biệt với các tính năng như phát hiện gian lận, mã hóa, bộ tạo số ngẫu nhiên phần cứng và động cơ mã hóa. Những tính năng này và những tính năng khác có thể giúp bảo vệ IoT Gateway và bảo vệ các thiết bị riêng lẻ khỏi các cuộc tấn công.

Tham khảo thêm: Điện toán đám mây là gì? Lợi ích khi sử dụng Cloud Computing

*IoT Gateway có vai trò như một bộ định tuyến mạng, định tuyến dữ liệu giữa các thiết bị IoT và đám mây*

3. Cách thức hoạt động của IoT Gateway

Một IoT Gateway đơn giản hoạt động tương tự như một bộ định tuyến Wifi. Hệ thống IoT kết nối với gateway bằng cách sử dụng kết nối Wifi, sau đó gateway sẽ định tuyến dữ liệu từ các thiết bị IoT đến đám mây. Tuy nhiên, IoT Gateway thường phức tạp hơn nhiều so với bộ định tuyến Wifi.

Một trong những lý do khiến IoT Gateway phức tạp hơn bộ định tuyến Wifi là do có nhiều giao thức khác nhau được sử dụng bởi các thiết bị IoT. Một số giao thức này bao gồm Z-Wave, BACnet, Bluetooth Low Energy và Zigbee. Do đó, một IoT Gateway có thể cần hỗ trợ nhiều giao thức khác nhau để phục vụ tất cả các thiết bị IoT trong một tổ chức.

Ngoài việc hỗ trợ các giao thức này, gateway cần có khả năng định tuyến từng loại lưu lượng IoT đến đích phù hợp. Dữ liệu từ một nhóm cảm biến công nghiệp có thể cần được gửi đến cơ sở dữ liệu trong đám mây AWS, trong khi dữ liệu từ các cảm biến an ninh tòa nhà có thể cần được chuyển đến một nhà cung cấp SaaS vận hành một cổng an ninh trên đám mây.

Một lý do khác khiến IoT Gateway có thể phức tạp hơn bộ định tuyến Wifi là vì nó có thể cần lưu trữ tạm thời dữ liệu tại chỗ trong trường hợp mất kết nối internet hoặc trường hợp gateway bị quá tải bởi dữ liệu nhiều hơn nó có thể xử lý.

Ngoài ra, IoT Gateway thường hỗ trợ khả năng mở rộng hoặc khả năng mở rộng để hỗ trợ công việc ngày càng lớn hơn.

Xem thêm: Protocol là gì? Kiến thức, các loại giao thức mạng Protocol

*Hệ thống IoT kết nối với gateway bằng kết nối Wifi, sau đó gateway sẽ định tuyến dữ liệu từ các thiết bị IoT đến đám mây*

4. Ưu điểm nổi bật của IoT Gateway

IoT Gateway có rất nhiều ưu điểm nổi bật với nhiều lợi ích giúp định tuyến dữ liệu trong hệ thống mạng:
Kết nối các thiết bị với nhau thông qua cloud: IoT Gateway giống như một chiếc điều khiển tổng. Nếu không có IoT Gateway, các thiết bị vẫn hoạt động và có thể được điều khiển độc lập, nhưng việc điều khiển sẽ phức tạp hơn và không thể lập trình để làm việc cùng nhau. IoT Gateway cung cấp một điểm kết nối trung tâm, nơi dữ liệu được truyền tải giữa các thiết bị và người dùng thông qua cloud. Việc sử dụng IoT Gateway giúp các thiết bị hoạt động một cách hợp nhất, tiết kiệm thời gian và công sức.
Dịch ngôn ngữ giao tiếp giữa các thiết bị IoT: Hiện tại, chưa có tiêu chuẩn ngôn ngữ chung cho các thiết bị IoT. Điều này có nghĩa là các thiết bị IoT khác nhau không thể giao tiếp với nhau trực tiếp, trừ khi chúng được sản xuất bởi cùng một công ty hoặc thông qua IoT Gateway dịch thông tin giữa chúng. IoT Gateway đóng vai trò quan trọng trong việc đơn giản hóa việc các thiết bị IoT hoạt động cùng nhau.
Lọc dữ liệu: IoT Gateway không chỉ giúp các thiết bị IoT giao tiếp với nhau, mà còn lọc dữ liệu thành các thông tin hữu ích. Với tốc độ ghi nhận dữ liệu nhanh chóng của các thiết bị IoT, việc xem tất cả dữ liệu sẽ là vô ích và làm giảm tốc độ làm việc và giao tiếp của các thiết bị. IoT Gateway thông minh và có khả năng xử lý dữ liệu ngay tại chỗ, lọc và chỉ gửi dữ liệu cần thiết tới cloud, cải thiện tốc độ giao tiếp và đáp ứng.
Bảo mật và giảm rủi ro: Với việc mở rộng các thiết bị IoT, rủi ro an ninh cũng gia tăng. IoT Gateway cung cấp một lớp bảo vệ bổ sung giữa internet và thiết bị IoT, giảm khả năng tác động từ bên ngoài và nguy cơ bị tấn công.
Edge Computing: IoT Gateway có khả năng xử lý dữ liệu ngay tại nơi thu thập. Điều này giúp giảm tải và tăng tốc độ xử lý dữ liệu, do không cần phải gửi toàn bộ dữ liệu lên cloud. Việc xử lý dữ liệu tại biên cũng giúp giảm độ trễ và tăng khả năng phản ứng nhanh.

5. IoT Gateway và giải pháp Edge Computing

Một số thiết bị IoT tạo ra một lượng dữ liệu rất lớn. Điều này có thể gây khó khăn nếu tổ chức có nhiều thiết bị trong mạng IoT và muốn gửi tất cả dữ liệu đó lên cloud (đám mây). Dữ liệu từ các thiết bị IoT có thể gây tắc nghẽn và tốn nhiều chi phí lưu trữ.

Một giải pháp để tránh vấn đề này là sử dụng Edge Computing để xử lý một phần dữ liệu ngay tại chỗ. Phương pháp này giảm lượng dữ liệu cần gửi lên cloud, giúp giảm chi phí và sử dụng băng thông.

Hãy tưởng tượng một tổ chức có nhiều camera an ninh IP, đều gửi dữ liệu theo thời gian thực. Nếu gửi tất cả dữ liệu camera lên cloud để xử lý, điều này sẽ không hiệu quả, đặc biệt khi một số camera giám sát những khu vực không có người.

Thay vì gửi tất cả dữ liệu camera lên cloud, xử lý dữ liệu tại chỗ là một giải pháp tốt hơn. Thiết bị biên có thể phân loại các cảnh quay không quan trọng như video của một căn phòng trống, chỉ chọn lọc những cảnh quay quan trọng để lưu trữ. Thiết bị biên có thể chọn đoạn video cần xem và gửi lên IoT Gateway, sau đó gateway sẽ tải dữ liệu lên cloud.

IoT Gateway không chỉ quản lý và bảo mật các thiết bị IoT mà còn giúp tổ chức giảm băng thông internet liên quan đến IoT.

*Edge Computing giúp giảm lượng dữ liệu cần gửi lên cloud, giảm bớt chi phí và sử dụng băng thông*

6. Các chức năng của IoT Gateway

Một IoT Gateway đa năng có thể thực hiện các chức năng quan trọng sau đây:

Tạo điều kiện giao tiếp: IoT Gateway cho phép kết nối và giao tiếp với các thiết bị IoT cũ hoặc không có kết nối internet. Điều này giúp đồng bộ và quản lý các thiết bị đa dạng trong hệ thống IoT của bạn.
Bộ nhớ đệm dữ liệu: Gateway có khả năng lưu trữ và quản lý dữ liệu, thực hiện caching và phát trực tiếp các nội dung media. Điều này giúp giảm tải cho mạng và cung cấp truy cập nhanh chóng đến dữ liệu cần thiết.
Xử lý trước dữ liệu: IoT Gateway có khả năng xử lý dữ liệu ngay tại điểm cuối trước khi gửi lên đám mây. Nó có thể làm sạch, lọc và tối ưu hóa dữ liệu để giảm tải cho đường truyền mạng và tăng tốc độ xử lý.
Tổng hợp dữ liệu: Gateway có thể tổng hợp và kết hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau trong hệ thống IoT. Điều này giúp tạo ra một cái nhìn tổng quan về dữ liệu và đưa ra quyết định dựa trên thông tin đa dạng.
Liên lạc Device-to-Device / Machine-to-Machine: Gateway cho phép giao tiếp trực tiếp giữa các thiết bị IoT hoặc máy móc trong mạng. Điều này tạo ra khả năng tương tác và hợp tác giữa các thiết bị, mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng mới.
Tính năng kết nối mạng và lưu trữ dữ liệu trực tiếp: IoT Gateway có khả năng kết nối và lưu trữ dữ liệu trực tiếp mà không cần phải truyền qua đám mây. Điều này giúp giảm tải cho mạng và tăng tính linh hoạt trong việc quản lý dữ liệu.
Trực quan hóa dữ liệu và phân tích cơ bản: Gateway có thể trực quan hóa dữ liệu và cung cấp các ứng dụng để phân tích và hiểu dữ liệu thu thập từ các thiết bị IoT. Điều này giúp người dùng dễ dàng theo dõi và đưa ra quyết định dựa trên thông tin được hiển thị một cách rõ ràng.
Tính năng lịch sử dữ liệu ngắn hạn: IoT Gateway có khả năng lưu trữ và quản lý lịch sử dữ liệu ngắn hạn từ các thiết bị IoT. Điều này giúp theo dõi và phân tích các biến đổi trong dữ liệu theo thời gian, từ đó đưa ra những nhận định và xu hướng quan trọng.
Bảo mật - quản lý truy cập người dùng và tính năng bảo mật mạng: IoT Gateway đóng vai trò như một bức tường lửa để bảo vệ hệ thống IoT khỏi các mối đe dọa bên ngoài. Nó quản lý truy cập người dùng và cung cấp các tính năng bảo mật để đảm bảo an toàn cho dữ liệu và thiết bị. Tìm hiểu thêm các thông tin về tường lửa qua bài viết: Tường lửa là gì?
Quản lý cấu hình thiết bị: IoT Gateway cho phép quản lý cấu hình và điều chỉnh các thiết lập của các thiết bị IoT trong mạng. Điều này giúp đơn giản hóa việc quản lý và cấu hình cho từng thiết bị một cách hiệu quả.
Chẩn đoán hệ thống: IoT Gateway có khả năng chẩn đoán và giám sát hiệu suất hệ thống IoT. Nó theo dõi và báo cáo về các sự cố, cảnh báo và tình trạng của các thiết bị, giúp người dùng phát hiện và khắc phục sự cố một cách nhanh chóng và hiệu quả.

7. Tạm kết

Giờ đây, IoT Gateway đã trở thành một công cụ quan trọng trong việc kết nối và quản lý các thiết bị IoT. Với khả năng xử lý dữ liệu tại chỗ, bảo mật thông tin và tạo điều kiện cho sự giao tiếp thông suốt, IoT Gateway mang lại những lợi ích vượt trội cho các doanh nghiệp và người dùng. Việc hiểu và sử dụng hiệu quả IoT Gateway sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng một hệ thống IoT thông minh và an toàn cho tương lai.