TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 14291-1:2025 (ISO/IEC 30161-1:2020) VỀ INTERNET VẠN VẬT (IOT) – NỀN TẢNG TRAO ĐỔI DỮ LIỆU CHO CÁC DỊCH VỤ IOT – PHẦN 1: CÁC YÊU CẦU CHUNG VÀ KIẾN TRÚC

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 14291-1:2025
ISO/IEC 30161-1:2020

INTERNET VẠN VẬT (IoT) – NỀN TẢNG TRAO ĐỔI DỮ LIỆU CHO CÁC DỊCH VỤ IoT – PHẦN 1: CÁC YÊU CẦU CHUNG VÀ KIẾN TRÚC

Internet of Things (IoT) – Data exchange platform for IoT services – Part 1: General requirements and architecture

 

Lời nói đầu

TCVN 14291-1:2025 hoàn toàn tương đương với ISO/IEC 30161-1:2020.

TCVN 14291-1:2025 do Viện Công nghệ số và Chuyển đổi số quốc gia biên soạn, Bộ Thông tin và Truyền thông đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ thẩm định và công bố.

Bộ ISO/IEC 30161, Internet of Things (IoT) – Data exchange platform for IoT services (Internet vạn vật – Nền tảng trao đổi dữ liệu cho các dịch vụ IoT) còn có các tiêu chuẩn sau:

– ISO/IEC 30161-2:2023, Part 2: Transport interoperability between nodal points (Khả năng tương tác vận chuyển giữa các điểm nút).

 

INTERNET VẠN VẬT (IoT) – NỀN TẢNG TRAO ĐỔI DỮ LIỆU CHO CÁC DỊCH VỤ IoT – PHẦN 1: CÁC YÊU CẦU CHUNG VÀ KIẾN TRÚC

Internet of Things (IoT) – Data exchange platform for IoT services – Part 1: General requirements and architecture

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu đối với nền tảng trao đổi dữ liệu Internet vạn vật (IoT) cho các dịch vụ khác nhau trong các lĩnh vực công nghệ khác nhau:

– Các cẩu phần, phần mềm trung gian của mạng truyền thông cho phép cùng tồn tại các dịch vụ IoT với các dịch vụ truyền thống;

– Hiệu suất của các điểm cuối trên các mạng truyền thông giữa các dịch vụ IoT và dịch vụ truyền thống;

– Các chức năng và tính năng cụ thể của IoT cho phép triển khai hiệu quả các dịch vụ IoT;

– Khung và hạ tầng của các mạng truyền thông dịch vụ IoT; và

– Hướng dẫn triển khai dịch vụ IoT đối với nền tảng trao đổi dữ liệu IoT.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tiêu chuẩn dưới đây được dẫn chiếu một phần hoặc toàn bộ nội dung trong quá trình xây dựng tiêu chuẩn này. Với tiêu chuẩn có ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu, với tiêu chuẩn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất (bao gồm cả phiên bản cập nhật).

TCVN 13117:2020 (ISO/IEC 30141:2018), Internet vạn vật (IoT) – Kiến trúc tham chiếu.

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa dưới đây.

3.1

Nền tảng trao đổi dữ liệu IoT

(IoT DEP)

Tập các khối chức năng cung cấp khái niệm căn bản về các khối dữ liệu IoT và trao đổi dữ liệu IoT với các thực thể khác.

CHÚ THÍCH 1: Ví dụ, trong một số lượng lớn cảm biến trên các mạng khác nhau, IoT DEP giảm lưu lượng và trao đổi dữ liệu IoT với các thực thể khác. Các khối chức năng của IoT DEP được triển khai tại các điểm cuối và điểm nút trong mạng IoT. Các khối chức năng này kết nối lại với nhau tạo nên một nền tảng.

3.2

Điểm nút (nodal point)

Điểm điều tra thông tin định tuyến được xác định trong các giao thức truyền thông và chuyển tiếp các khối dữ liệu theo thông tin đó.

4  Chữ viết tắt

CAC	Kiểm soát truy cập truyền thông	Communication access control
CCN	Mạng nội dung trung tâm	Content centric network
DNS	Dịch vụ tên miền	Domain name service
ICN	Mạng thông tin trung tâm	Information centric network
IoT	Internet vạn vật	Internet of Things
IoT DEP	Nền tảng trao đổi dữ liệu IoT	IoT data exchange platform
IP	Giao thức Internet	Internet protocol
MQTT	Giao vận từ xa hàng đợi thông điệp	Message Queuing Telemetry Transport
OSI	Tương tác kết nối các hệ thống mở	Open systems interconnection
QoS	Chất lượng dịch vụ	Quality of service
TCP	Giao thức điều khiển truyền dẫn	Transmission control protocol
UDP	Giao thức dữ liệu người dùng	User datagram protocol

5  Quy định chung về dịch vụ IoT

Đối với các trường hợp sử dụng IoT trên các lĩnh vực, có thể giả định rằng các khối dữ liệu từ/đến các cảm biến và bộ thi hành là các “dữ liệu IoT”, chúng được truyền qua các mạng, Để giảm lưu lượng lưu thông và đáp ứng các yêu cầu của người dùng về QoS, nên triển khai IoT DEP. IoT DEP được định vị trong tầng ứng dụng của mô hình tham chiếu OSI. Tuy nhiên, dữ liệu IoT được truyền qua các tầng thấp hơn đã được cô đọng, bao gồm cả mạng Internet hiện tại. IoT DEP được triển khai theo góc nhìn kết nối của kiến trúc tham chiếu IoT được định nghĩa trong TCVN 13117:2020 (ISO/IEC 30141:2018).

IoT DEP không nên tác động đến các giao tiếp khác ngoài dữ liệu IoT và cho phép cùng tồn tại các giao tiếp giữa dữ liệu IoT và dữ liệu khác. Do đó, tiêu chuẩn này đề xuất một phương pháp tiếp cận tách biệt việc truyền thông dữ liệu IoT khỏi các mạng truyền thông khác. Tiêu chuẩn này không bao gồm các đặc tả kỹ thuật về tính toán mây và tính toán biên, những kỹ thuật xử lý các hoạt động phân tán cho tất cả các tầng trong mô hình tham chiếu.

Nội dung tổng quan và phân tích về các trường hợp sử dụng IoT đã thúc đẩy sự ra đời của tiêu chuẩn này và được tóm tắt trong Phụ lục C. Các trường hợp sử dụng được thu thập từ tiêu chuẩn ISO/IEC TR 22417 [1].

6  Cấu hình mạng cho dịch vụ IoT

6.1  Tổng quan về các cấu hình mạng cho IoT

Tổng quan về cấu hình mạng cho IoT được minh họa trong Hình 1. Các mạng cung cấp kết nối giữa những người dùng IoT, các cổng IoT và các thiết bị IoT được xác định trong TCVN 13117:2020 (ISO/IEC 30141:2018). Ngoài ra, các thiết bị IoT – được trình bày trong các tiêu chuẩn từ ISO/IEC 30118-1 đến ISO/IEC 30118-6 – đều đã được đề cập đến [2],[3],[4],[5],[6],[7].

Mỗi mạng có thể có một số điểm nút. Trong TCVN 13117:2020 (ISO/IEC 30141:2018), các hệ thống con (hệ thống con vận hành và quản lý, hệ thống con ứng dụng và dịch vụ và hệ thống con truy cập và trao đổi tài nguyên) trong các mô hình tham chiếu dựa trên thực thể đảm nhận vai trò của các điểm nút. Các hệ thống con này tương ứng với miền vận hành vả quản lý, miền ứng dụng và dịch vụ, miền truy cập và trao đổi tài nguyên trong mô hình tham chiếu dựa trên miền.

Hình 1 – Tổng quan về cấu hình mạng

Các cấu hình mạng chi tiết của Hình 1 được trình bày trong Hình 2. Như mô tả trong Hình 2, các cấu hình bao gồm năm loại dịch vụ. Loại dịch vụ 1 cung cấp dịch vụ cục bộ cho các lĩnh vực giới hạn. Loại dịch vụ từ 2 đến 5 cung cấp các dịch vụ diện rộng. Trong một số dịch vụ diện rộng, cổng IoT có thể được tận dụng để kết nối giữa người dùng IoT và thiết bị IoT. Tuy nhiên, trong các trường hợp khác, người dùng IoT có thể được kết nối với thiết bị IoT mà không cần cổng IoT. Trong các loại mạng dựa trên TCVN 13117:2020 (ISO/IEC 30141:2018), mạng lân cận cung cấp kết nối cho các khu vực cục bộ. Đối với các dịch vụ diện rộng, mạng người dùng, mạng dịch vụ và mạng truy nhập được triển khai. Trong đó, mạng người dùng đóng vai trò là mạng cho các ứng dụng IoT cụ thể và được vận hành bởi người dùng IoT. Mạng dịch vụ và mạng truy nhập phù hợp với các ứng dụng dùng chung, bao gồm các ứng dụng IoT cụ thể và các ứng dụng truyền thống (ví dụ: điện thoại, phân phối video và truy cập Internet). Mạng dịch vụ bao gồm các chức năng chuyển mạch giữa các vị trí. Mạng truy nhập cung cấp các chức năng ghép kênh của luồng lưu lượng từ mọi khu vực cụ thể.

Hình 2 – Các loại dịch vụ của các cấu hình mạng

6.2  Các mô hình mạng cho IoT DEP

IoT DEP truyền một số lượng lớn các khối dữ liệu từ/đến các cảm biến và bộ thi hành một cách hiệu quả. Quy trình này nên được áp dụng cho tất cả các dịch vụ, bao gồm cả dịch vụ cục bộ và dịch vụ diện rộng cho IoT. Nỏ nên được vận hành trên tất cả các mạng, bao gồm mạng lân cận, mạng truy nhập, mạng dịch vụ và mạng người dùng như được trình bày trong TCVN 13117:2020 (ISO/IEC 30141:2018), ngay cả khi các ứng dụng khác không thuộc IoT được triển khai trong các mạng này.

Mặc dù các cấu hình mạng được phân thành năm loại (Hình 2), nhưng năm loại này được gộp lại thành ba loại nếu nhìn từ quan điểm của IoT DEP (Hình 3). Như được biểu diễn trong Hình 3, các cấu hình loại 1, loại 2 và 3, cũng như loại 4 và 5 được định nghĩa lại thành các cấu hình loại X, Y và Z một cách tương ứng.

Hình 3 – Các loại cấu hình được định nghĩa lại cho IoT DEP

7  Nền tảng trao đổi dữ liệu trong kiến trúc tham chiếu IoT

7.1  Tổng quan

IoT DEP đóng vai trò kết nối thông tin trong các hệ thống IoT. Các công nghệ liên quan đến tính toán mây, bao gồm cả các giao diện kết nối với đám mây, không được trình bày trong tiêu chuẩn này. IoT DEP phân tán cho các thực thể xác định trong TCVN 13117:2020 (ISO/IEC 30141:2018). Do đó, IoT DEP hoạt động như một nền tảng bằng cách kết hợp các bộ phận phân tán.

7.2  Vị trí của IoT DEP trong kiến trúc tham chiếu IOT

7.2.1  Các chức năng của IoT DEP

IoT DEP truyền dữ liệu đến các ứng dụng IoT một cách hiệu quả như một phần của các chức năng mạng. IoT DEP không bao gồm việc tính toán và xử lý dữ liệu tính toán mây.

IoT DEP sẽ cung cấp các chức năng sau.

– Để đảm bảo tính hiệu quả của các dịch vụ ứng dụng IoT, IoT DEP phải hoạt động độc lập với các giao thức và phương tiện truyền thông. IoT DEP phải kết nối giữa người dùng IoT và các thiết bị IoT thông qua cổng IoT hoặc trực tiếp. Ví dụ: khi một lượng dữ liệu khổng lồ từ các cảm biến được truyền qua các mạng diện rộng sử dụng các công nghệ Internet, IoT DEP cung cấp truyền thông với các chi phí rất nhỏ như độ trễ xử lý nhỏ và/hoặc khối lượng vận chuyển nhỏ bằng cách giảm quá trình xử lý trên các giao thức liên quan đến IP phức tạp.

– IoT DEP điều tiết linh hoạt các chức năng cần thiết cho các ứng dụng IoT. Ví dụ: nó kiểm soát luồng lưu lượng vận chuyển cho các ứng dụng IoT và cung cấp QoS theo yêu cầu.

– IoT DEP quản lý việc xác thực các tuyến truyền thông và các thiết bị IoT.

Hình 4 – Vị trí của các chức năng IoT DEP trong các mô hình tham chiếu IoT

7.2.2  Vị trí của IoT DEP

Các chức năng IoT DEP được triển khai cho người dùng IoT, hệ thống con truy cập và trao đổi tài nguyên, cổng IoT, và thiết bị IoT đã được xác định trong mô hình dựa trên thực thể được trình bày trong TCVN 13117:2020 (ISO/IEC 30141:2018). Mối quan hệ giữa mô hình tham chiếu mô tả trong TCVN 13117:2020 (ISO/IEC 30141:2018) và IoT DEP được thể hiện trong Hình 4. Trong TCVN 13117:2020 (ISO/IEC 30141:2018), hai mô hình tham chiếu – mô hình dựa trên thực thể và mô hình dựa trên miền được xác định rõ. Hình 4 biểu diễn vị trí của các chức năng IoT DEP, qua đó giải thích mối quan hệ giữa hai mô hình tham chiếu trong TCVN 13117:2020 (ISO/IEC 30141:2018).

7.3  Hoạt động của IoT DEP trong hệ thống IoT

Chức năng của IoT DEP được mô tả trong 7.2.1. Trong các trường hợp c và D. các ứng dụng IoT được cung cấp bởi IoT DEP cùng tồn tại với các ứng dụng truyền thống. Hình 5 biểu diễn một cấu hình logic; tuy nhiên, theo quan điểm triển khai, cổng IoT cùng với hệ thống con truy cập và trao đổi tài nguyên tương thích với các chức năng IoT DEP có thể được chia sẻ với các điểm nút cho các ứng dụng truyền thống.

Hình 5 – Các trường hợp của IoT DEP và mối quan hệ giữa IoT và các dịch vụ khác

Các hoạt động của IoT DEP trong từng trường hợp được mô tả như sau.

– Trường hợp A: IoT DEP sẽ phân chia các dòng dữ liệu nối tiếp từ người dùng IoT thành các khối dữ liệu. Sau đó, nó sẽ chuyển các khối này sang các giao diện mạng được kết nối, như thể hiện trong Hình 6. Các giao diện mạng được kết nối thực hiện hỗ trợ các dịch vụ chung (ví dụ: các ứng dụng truyền thống trên mạng Internet). IoT DEP sẽ phân tách các tuyến truyền thông cho các ứng dụng IoT khỏi các tuyến truyền thông khác để cung cấp QoS theo yêu cầu trong các ứng dụng IoT. Trong hoạt động này, một số công nghệ ảo hóa nên được áp dụng.

Hình 6 – Hoạt động của IoT DEP trong Trường hợp A

– Trường hợp B: IoT DEP đảm nhận vai trò của một điểm nút. Trong TCVN 13117:2020 (ISO/IEC 30141:2018), mạng kết nối được phân loại thành mạng lân cận, mạng truy nhập, mạng dịch vụ và mạng người dùng. IoT DEP sẽ được áp dụng cho tất cả các mạng, ngoại trừ mạng lân cận. Như trong Hình 7, ứng dụng IoT sẽ được cung cấp thông qua IoT DEP giữa các giao diện mạng. Mặt khác, các ứng dụng khác được cung cấp giữa các giao diện mạng không có IoT DEP. Trong IoT DEP, các đường dẫn của các ứng dụng IoT được kiểm soát để tách biệt các đường dẫn của các ứng dụng khác và tuân thủ các yêu cầu QoS được yêu cầu trong các ứng dụng IoT.

Hình 7 – Hoạt động của IoT DEP trong Trường hợp B

– Trường hợp C: IoT DEP được tích hợp vào cổng IoT. Trong TCVN 13117:2020 (ISO/IEC 30141:2018), cổng IoT kết nối giữa mạng lân cận và mạng truy nhập. IoT DEP truyền tải dữ liệu của các ứng dụng IoT giữa mạng lân cận và mạng truy nhập như trong Hình 8. Trong IoT DEP, các đường dẫn của các ứng dụng IoT được kiểm soát để tách biệt các đường dẫn của các ứng dụng khác và tuân thủ các yêu cầu QoS được yêu cầu trong các ứng dụng IoT, giống như với Trường hợp B.

Hình 8 – Hoạt động của IoT DEP trong Trường hợp C

– Trường hợp D: IoT DEP được tích hợp với các thiết bị IoT, điều tiết các thực thể vật lý như cảm biến và bộ thi hành. Nó sẽ tập hợp các khối dữ liệu dựa trên tín hiệu từ các thực thể vật lý, truyền các khối dữ liệu này sang mạng lân cận, như biểu diễn trong Hình 9.

Hình 9 – Hoạt động của IoT DEP trong Trường hợp D

8  Yêu cầu đối với IoT DEP

8.1  Tổng quát

IoT DEP phải tuân thủ các yêu cầu được mô tả trong Điều 8. Điều 7 mô tả bốn trường hợp áp dụng của IoT DEP. Các yêu cầu được mô tả trong Điều 8 được áp dụng cho mọi trường hợp trừ khi có ghi chú cụ thể khác. Kiến trúc cho việc triển khai trong từng trường hợp của IoT DEP phải phù hợp theo Phụ lục A.

8.2  Các yêu cầu của các khối chức năng

8.2.1  Định nghĩa các khối chức năng

Hình 10 biểu diễn các khối chức năng của IoT DEP. Mỗi khối sẽ được áp dụng theo Bảng 1

Hình 10 – Các khối chức năng trong IoT DEP

Bảng 1 liệt kê tất cả các khối chức năng trong IoT DEP. Bảng này làm rõ mối quan hệ giữa các khối chức năng và các trường hợp áp dụng. Ví dụ: Trường hợp A không yêu cầu kiểm soát dữ liệu và chuyển đổi dữ liệu vì IoT DEP trong trường hợp A được đặt tại biên của các dịch vụ. Trường hợp D không yêu cầu kiểm soát dữ liệu vì IoT DEP trong trường hợp D được đặt tại điểm kết nối với các thiết bị. Tuy nhiên, trường hợp này sẽ bao gồm chuyển đổi dữ liệu vì IoT DEP tập hợp các tín hiệu từ các thiết bị thành các khối dữ liệu. Trong các trường hợp khác (tức là trường hợp B và trường hợp C), tất cả các khối sẽ được bao gồm vì IoT DEP trong các trường hợp này sẽ hoạt động như các điểm nút.

Bảng 1 – Mối quan hệ giữa các khối chức năng và các trường hợp của IoT DEP

Các khối chức năng	Trường hợp A	Trường hợp B	Trường hợp C	Trường hợp D
Kiểm soát truy cập truyền thông	X	X	X	X
Kiểm soát dữ liệu		X	X
Chuyển đổi dữ liệu				X
Kiểm soát IoT	X	X	X	X
Quản lý IoT	X	X	X	X
Thích ứng	X	X	X	X

8.2.2  Kiểm soát truy cập truyền thông (CAC)

Kiểm soát truy cập truyền thông (CAC) cung cấp quá trình xử lý giao thức cho các ứng dụng IoT, như biểu diễn trong Hình 11.

Hình 11 – Các khối chức năng trong IoT DEP

Như trình bày trong Hình 11, tại các điểm cuối, CAC trong IoT DEP sẽ chuyển đổi giữa hàng dữ liệu từ/đến các thiết bị IoT hoặc người dùng IoT và các khối dữ liệu. Tại các điểm nút, CAC sẽ truyền các khối dữ liệu này tới các CAC khác, không phụ thuộc vào phương tiện truyền dẫn và các giao thức tầng thấp hơn. CAC có ba yêu cầu như sau.

1) Thứ nhất, một số lượng lớn các khối dữ liệu từ/đến các cảm biến và bộ thi hành sẽ được kiểm soát trong khối CAC. Việc kiểm soát truyền thông này sẽ đơn giản hóa các hoạt động (ví dụ: điều chỉnh chi phí đầu vào nhỏ và các chuỗi truyền thông đơn giản). Các công nghệ mạng mới có thể được áp dụng trong việc kiểm soát này; ICN là công nghệ có nhiều triển vọng, nội dung của nó được tóm tắt trong Phụ lục B. Trong các công nghệ ICN, các chuỗi truyền thông đơn giản được thực hiện với thời gian xử lý nhỏ vì không cần thiết phải tìm ra các địa chỉ vật lý từ thông tin truyền tải. Ví dụ: trong mạng Internet hiện nay, địa chỉ IP được khai thác bởi DNS. Tuy nhiên, trong các công nghệ ICN, quá trình khai thác này là không cần thiết. Khối CAC cần được áp dụng cho tất cả các trường hợp: A, B, C và D.

2) Thứ hai, IoT DEP được xác định như là một giao thức tầng ứng dụng như trong Hình 12. Do đó, CAC sẽ được điều chỉnh giữa các ứng dụng IoT và các tầng thấp hơn như trong Hình 13. Nó cũng sẽ cô đọng các giao thức tầng thấp hơn. Trong các ứng dụng IoT, nhiều mạng khác nhau có thể được triển khai cho việc truyền dữ liệu. CAC sẽ không phụ thuộc vào các ứng dụng IoT và sẽ không kiểm tra hoặc sửa đổi nội dung trong các khối dữ liệu này của các ứng dụng IoT. Mặc dù các cơ chế bảo mật chi tiết có thể được xác định nhưng chủng nằm ngoài phạm vi của tiêu chuẩn này.

Hình 12 – Cấu trúc tầng của các nền tảng truyền thông

Hình 13 – Tính độc lập giữa CAC và các giao thức tầng thấp hơn

3) Cuối cùng, IoT DEP sẽ cung cấp sự cùng tồn tại giữa các ứng dụng IoT và các ứng dụng khác, khi các ứng dụng khác được triển khai. Kiến trúc cùng tồn tại được thể hiện trong Hình 14.

Hình 14 – Kiến trúc cùng tồn tại giữa các ứng dụng IoT và ứng dụng khác

Các ứng dụng IoT và các ứng dụng truyền thống có thể được vận hành song song trên Internet như trong Hình 14. Các ứng dụng IoT và các ứng dụng khác có thể được hoạt động song song. CAC sẽ không yêu cầu điều chỉnh mạng internet khi hạ tầng này được triển khai. CAC sẽ hoạt động trên các giao diện tầng vận chuyển (ví dụ: TCP hoặc UDP) và tách biệt các ứng dụng IoT khỏi các ứng dụng khác bằng các công nghệ cụ thể, chẳng hạn như công nghệ ảo hóa.

8.2.3  Kiểm soát dữ liệu

Kiểm soát dữ liệu lưu trữ dữ liệu trong mạng nhằm giảm lưu lượng vận chuyển do hiện tượng truyền lại cùng một dữ liệu giống nhau. Kiểm soát dữ liệu làm giảm khối lượng vận chuyển trong mạng. Quá trình này được triển khai tại các điểm nút (tức là các trường hợp B và C).

8.2.4  Chuyển đổi dữ liệu

Chuyển đổi dữ liệu sẽ tập hợp các khối dữ liệu từ các luồng bít của các thiết bị IoT (ví dụ: các cảm biến). Chức năng này được thiết lập trong Trường hợp D.

8.2.5  Kiểm soát IoT

Kiểm soát IoT sẽ cung cấp các thông số hoạt động cho CAC và giám sát trạng thái hoạt động. Chức năng này quản lý việc định tuyến truyền tải cho các ứng dụng IoT trong mạng lưới. Chức năng này được triển khai cho tất cả các trường hợp.

8.2.6  Quản lý IoT

Quản lý IoT sẽ giám sát các sự số của IoT DEP và các tuyến truyền thông giữa IoT DEP với IoT DEP khác.

8.2.7  Tương thích

Giả định rằng IoT DEP được vận hành trên tầng vận chuyển trong ngăn xếp giao thức như mô tả trong 8.3. Tuy nhiên, trong các trường hợp khác, tầng mạng hoặc các tầng thấp hơn được kết nối với IoT DEP thông qua chức năng này. Chức năng tương thích này phụ thuộc vào việc triển khai của IoT DEP.

8.3  Giao thức truyền thông

Các yêu cầu của IoT DEP được xác định từ góc nhìn giao thức truyền thông. IoT DEP sẽ được định vị là tầng trên của các giao thức truyền thông (tức là giao thức tầng ứng dụng, như trong Hình 15). Nếu IoT DEP được vận hành phía trên tầng vận chuyển, nó sẽ được kết nối với các giao thức của tầng vận chuyển (tức là TCP và UDP) thông qua các cổng kết nối nối thông thường. Nếu nó không được vận hành trên tầng vận chuyển, thì các tầng thấp hơn cần được thích nghi với IoT DEP thông qua chức năng tương thích.

Hình 15 – Kết nối IoT DEP qua các giao thức truyền thông

8.4  Ánh xạ dịch vụ

IoT DEP phải thực hiện hiệu quả việc cung cấp thông tin mà không tham gia vào việc xem xét và thay đổi các dịch vụ liên quan đến thông tin. IoT DEP cần xử lý thông tin từ/đến các tầng thấp hơn một cách độc lập với các dịch vụ người dùng.

IoT DEP được định vị ở mức vật lý như trong Hình 16. Để triển khai các dịch vụ trong các trường hợp sử dụng khác nhau, IoT DEP cần phải cô đọng cấu hình mạng, các giao thức, và các dịch vụ. Nếu IoT DEP không được triển khai, các hoạt động sẽ trở nên phức tạp, như thể hiện trong Hình 17.

Hình 16 – Kết nối giữa người dùng IoT và các dịch vụ IoT với IoT DEP

Hình 17 – Kết nối giữa người dùng IoT và các dịch vụ IoT không có IoT DEP

9  Hoạt động của IoT DEP

Các hoạt động chung của IoT DEP được mô tả trong các mục từ 1) đến 4) sau đây, và được tóm lược trong Hình 18.

1. Các tuyến truyền tải định sẵn

Khi người dùng đăng ký một ứng dụng IoT, các tuyến truyền tải trong IoT DEP sẽ được thiết lập sẵn bởi chức năng quản lý IoT.

2. Yêu cầu thu thập dữ liệu

Khi người dùng IoT thu thập dữ liệu từ các thiết bị IoT, một thông báo yêu cầu sẽ được chuyển đến IoT DEP trong các mạng sử dụng các tuyến định sẵn. Trong hoạt động này, DNS không được yêu cầu, mặc dù nó là bắt buộc đối với mạng Internet. Trong các trường hợp có nhiều tuyến được định sẵn, IoT DEP sẽ thực hiện việc lựa chọn tuyến. IP và các giao thức liên quan của nó được tách khỏi hoạt động này.

3. Truyền dữ liệu

Khi một thiết bị IoT truyền dữ liệu, nó sẽ truyền dữ liệu đến IoT DEP trong các mạng được đề cập trong mục 2). IoT DEP có thể lưu trữ dữ liệu. Sau đó, khi người dùng IoT yêu cầu truyền dữ liệu, IoT DEP sẽ truyền dữ liệu trong bộ đệm thay vì từ thiết bị IoT. Các Công nghệ ICN được áp dụng cho các cơ chế truyền dữ liệu. Những công nghệ này được mô tả trong Phụ lục B.

4. Cơ chế truy cập dữ liệu

Trong các hoạt động 2) và 3), hai cơ chế được áp dụng.

Cơ chế đồng bộ hóa: Các chuỗi Yêu Cầu/Dữ liệu được triển khai trong CCN, đây là một loại ICN. Thông điệp Yêu cầu được truyền đi nhằm đưa ra nhu cầu thu thập dữ liệu. Thông điệp Dữ liệu được triển khai để truyền dữ liệu tương ứng với thông điệp Yêu cầu. Các chuỗi Yêu Cầu/Dữ liệu được thực hiện theo cặp.

Cơ chế không đồng bộ: được thực hiện cho các chuỗi Xuất bản/theo dõi trong MQTT, là một loại ICN và cũng là một họ của ICN. Thông điệp Theo dõi được thực hiện để lấy dữ liệu. Thông điệp Xuất bản được thực hiện để truyền dữ liệu. Các thông điệp này được gọi ra một cách độc lập. IoT DEP sẽ quản lý mối quan hệ giữa các thông điệp này theo các ứng dụng IoT.

Hình 18 – Hoạt động kiểm soát thông tin sử dụng IoT DEP

 

Phụ lục A

(Quy định)

Hướng dẫn triển khai IoT DEP

A.1  Quy định chung

Phụ lục A cung cấp các hướng dẫn về khả năng tương tác trong IoT DEP được định nghĩa trong trường hợp A, B, C và D. Các thực thể bao gồm IoT DEP cho việc giao tiếp thường được cấu hình như trong Hình A.1. IoT DEP được thực hiện trên tầng vận chuyển mà không cần chức năng tương thích. Nếu chức năng tương thích trong IoT DEP được kích hoạt, các chức năng tầng thấp hơn có thể được bao gồm trong IoT DEP như trong Hình A.2.

Phụ lục A cung cấp các cấu hình triển khai sau:

– Cô đọng tầng thấp hơn trong IoT DEP;

– Kết nối nội bộ trong một thành phần của IoT DEP.

Hình A.1 – Cấu hình thực thể bao gồm IoT DEP không có chức năng tương thích

Hình A.2 – Cấu hình thực thể bao gồm IoT DEP có chức năng tương thích

A.2  Cô đọng tầng thấp hơn trong IoT DEP

Khi IoT DEP được vận hành phía trên tầng vận chuyển, nó sẽ được kết nối với tầng này thông qua giao diện cổng kết nối được chỉ định trong TCP hoặc UDP. Giao diện cổng kết nối này được xác định bằng số cổng, chẳng hạn như các cổng dùng chung mới được chỉ định hoặc các cổng tùy chỉnh.

Khi chức năng kiểm soát truy cập truyền thông trong IoT DEP hỗ trợ nhiều giao thức truy cập của các công nghệ ICN khác nhau được mô tả trong Phụ lục B, nhiều cổng sẽ được chỉ định cho các giao diện giữa IoT DEP và tầng vận chuyển cho từng giao thức truy cập như trong Hình A.3.

Hình A.3 – Thực hiện hỗ trợ nhiều giao thức truy cập trong IoT DEP

Khi chức năng giao tiếp trong IoT DEP yêu cầu các năng lực khác nhau, chẳng hạn như tuyến truyền tải, v.v. để truyền thông tin ở các tầng thấp hơn, nhiều cổng nên được chỉ định cho các giao diện giữa IoT DEP và tầng vận chuyển cho các khả năng truyền tải như thể hiện trong Hình A.4. Việc lựa chọn cổng được kích hoạt trong kiểm soát truy cập truyền thông của IoT DEP.

Hình A.4 – Thực hiện hỗ trợ nhiều giao diện cổng kết nối trong IoT DEP

Khi IoT DEP được hoạt động trên tầng liên kết dữ liệu hoặc tầng vật lý, IoT DEP nên được kết nối với tầng này thông qua chức năng tương thích. Chức năng tương thích kết nối các giao diện khác nhau trong tầng liên kết dữ liệu hoặc tầng vật lý với giao diện cổng kết nối như thể hiện trong Hình A.5.

Hình A.5 – Thực hiện hỗ trợ nhiều giao diện cổng kết nối trong IoT DEP với chức năng tương thích

A.3  Cô đọng tầng thấp hơn trong IoT DEP

Mỗi khối chức năng trong ioT DEP được thực hiện như sau.

Tất cả các chức năng được thực hiện như các mô-đun phần mềm trung gian trên phần mềm cơ bản. Tuy nhiên, các khối kiểm soát truy cập truyền thông và kiểm soát dữ liệu cần có sự hỗ trợ của phần cứng, bởi vì quá trình xử lý giao thức bao gồm các máy trạng thái hữu hạn và bộ hẹn giờ cũng như bộ đệm dữ liệu có thể được xử lý bằng phần cứng, ví dụ: ASIC (mạch tích hợp chuyên dụng) hoặc các bộ tăng tốc chuyên dụng.

 

Phụ lục B

(Tham khảo)

Các giao thức truyền thông điển hình cho ICN

Công nghệ Mạng thông tin trung tâm (ICN) được mô tả như một ví dụ về nền tảng trao đổi dữ liệu.

Công nghệ ICN có thể được chia thành bốn loại như được mô tả trong Hình B.1:

– Kiến trúc mạng hướng dữ liệu (DONA);

– Mạng nội dung trung tâm (CCN);

– Mô hình định tuyến internet xuất bản-theo dõi (PSIRP);

– Mạng thông tin (Netlnf).

Mặc dù cơ chế cụ thể của các công nghệ này là khác nhau, nhưng các khái niệm cơ bản là giống nhau: giảm thiểu chi phí phát sinh trên internet như định tuyến theo vị trí và khai phá dữ liệu, đồng thời giảm lưu lượng truyền tải bằng cách sử dụng bộ nhớ đệm được kết nối mạng.

PSIPR là một kiến trúc không đồng bộ sử dụng cơ chế xuất bản và theo dõi. MQTT, có thể được sắp xếp vào loại này. Các loại khác bao gồm kiến trúc đồng bộ sử dụng dữ liệu được yêu cầu theo nhu cầu và phản hồi, tồn tại theo cặp. Đặc điểm của các loại này được tóm tắt trong Hình B.1.

	DONA	CCN	PSIRP	Netinf
Vùng tên	Cùng mức với cấu trúc	Phân cấp	Cùng mức với cấu trúc	Cùng mức với cấu trúc
Tính toàn vẹn tên-dữ liệu	Chữ ký, độc lập với PKI	Chữ ký, nguồn tin cậy bên ngoài	Chữ ký, độc lập với PKI	Chữ ký hoặc hàm băm của nội dung, độc lập với PKI
Các tên người-dễ đọc	Không	Có thể	Không	Không
Mô hình cô đọng trông tin	Không	Không	Không	Có
Độ chi tiết của NDO	Đối tượng	Gói	Đối tượng	Đối tượng
Tổng hợp tuyến	Nhà xuất bản/Đầy đủ	Nhà xuất bản	Phạm vi/Đầy đủ	Nhà xuất bản
Tuyến của yêu cầu NDO	dựa trên tên (thông qua RHs)	dựa trên tên	NRS (điểm gặp gỡ)	Kết hợp giữa NRS và dựa trên tên
Tuyến của NDO	Đường dẫn yêu cầu nghịch đảo hoặc kết nối IP trực tiếp	Đường dẫn yêu cầu nghịch đảo sử dụng trạng thái bộ định tuyến	Định tuyến nguồn sử dụng bộ lọc Bloom	Đường dẫn yêu cầu nghịch đảo hoặc kết nối IP trực tiếp
API	Phương thức lấy đồng bộ	Phương thức lấy đồng bộ	Xuất bản/Theo dõi	Phương thức lấy đồng bộ
Vận chuyển	IP	Nhiều giao thức bao gồm IP	IP/PSIRP	Nhiều giao thức bao gồm IP

Hình B.1 – Các loại công nghệ ICN

 

Phụ lục C

(Tham khảo)

Các trường hợp sử dụng được áp dụng trên nền tảng trao đổi dữ liệu IoT

C.1  Tổng quát

Trong các trường hợp sử dụng được tóm lược trong Phụ lục B, các trường hợp triển khai IoT DEP hiệu quả nhất được chỉ ra như sau.

C.2  Trường hợp sử dụng theo dõi sản phẩm nông nghiệp: Các tác nhân và trao đổi thông tin

Trường hợp sử dụng này được nêu trong mục 7.5 của ISO/IEC TR 22417:2017 [1], Hình C.1 đưa ra hệ thống IoT cho việc phân phối các nông sản đến người tiêu dùng một cách an toàn.

Hình C.1 – Sơ đồ hệ thống theo dõi nông sản

Trong trường hợp này, các dữ liệu cảm biến khác nhau (ví dụ: dữ liệu RFID với nông sản, dữ liệu thẻ ID của nông dân) được thu thập cho mọi giai đoạn trong chuỗi cung ứng (ví dụ: sản xuất, chế biến, vận chuyển và bán). Sau đó, triển khai việc kiểm soát hành chính tập trung đối với dữ liệu.

Trong hệ thống này, dữ liệu được thu thập từ các chuỗi cung ứng khác nhau; do đó, dung lượng vận chuyển bị tăng lên. Các QoS khác nhau được yêu cầu cho từng loại dữ liệu IoT. Nếu những vấn đề này được giải quyết, chi phí phát triển hệ thống này sẽ tăng lên.

Để giải quyết các vấn đề trên, IoT DEP được triển khai để trừu tượng hoá các mạng cho việc thu thập dữ liệu. IoT DEP sẽ được cài đặt vào miền cảm biến và điều khiển như trong Hình C.1.

C.3  Các hệ thống giám sát điểm cuối IoT

Trường hợp sử dụng này được trình bày trong mục 7.11 của ISO/IEC TR 22417:2017 [1]. Hình C.2 biểu diễn một hệ thống IoT cho việc giám sát từ xa các cơ sở hạ quan trọng bằng một số lượng lớn cảm biến. Dữ liệu giám sát từ xa được áp dụng cho nhiều ứng dụng.

Hình C.2 – Sơ đồ hệ thống theo dõi nông sản

Nếu các cảm biến và bộ thi hành trong các cơ sở hạ tầng quan trọng không thể hoạt động do lỗi hoặc các sự cố khác thì các hạ tầng này sẽ ảnh hưởng đáng kể đến toàn bộ cơ sở hạ tầng. Do đó, nên theo dõi các trạng thái khác nhau của các cảm biến và bộ thi hành này (tình trạng pin, phiên bản phần mềm, v.v.). Trong các hệ thống quy mô lớn, ngoài lưu lượng lớn cho việc giám sát, các phương pháp khác nhau để lấy các yêu cầu dữ liệu và QoS cho việc giám sát được yêu cầu. Mỗi ứng dụng chuẩn bị các phương pháp khác nhau này để thu thập dữ liệu nhằm điều khiển quản trị tập trung trên dữ liệu giám sát. Điều này dẫn đến việc phát triển hệ thống tốn kém.

Do đó, IoT DEP đã được triển khai trong hệ thống này như một nền tảng chung cho tất cả các ứng dụng. IoT DEP đã được cài đặt trên dữ liệu điểm cuối, hệ thống giám sát và/hoặc cổng IoT như thể hiện trong Hình C.2.

C.4  Hệ thống quản lý năng lượng dựa trên IoT cho các cơ sở công nghiệp

Trường hợp sử dụng này được nêu trong 7.20 của ISO/IEC TR 22417:2017 [1], Hình C.3 đưa ra một hệ thống quản lý năng lượng để sử dụng năng lượng hiệu quả hơn bằng việc thu thập các dữ liệu khác nhau của IoT. Hệ thống năng lượng này cung cấp một số ứng dụng sử dụng dữ liệu được thu thập. Hình C.4 trích xuất các khối chính từ Hình C.3, là hình ban đầu trong ISO/IEC TR 22417:2017 [1].

Hình C.3 – Sơ đồ hệ thống quản lý năng lượng dựa trên IoT cho các cơ sở công nghiệp

Hình C.4 – Các khối chính được trích xuất từ Hình C.3

Để thu thập dữ liệu cho việc quản lý năng lượng, các mạng truyền thông khác nhau bao gồm mạng liên kết dữ liệu và mạng vật lý, cũng như các tầng vận chuyển được triển khai; Ngoài ra, bao gồm các yêu cầu QoS khác nhau. Để kiểm soát hành chính tập trung dữ liệu, mỗi ứng dụng nên sở hữu các chức năng tương tự. Điều này dẫn đến việc phát triển hệ thống tốn kém.

Do đó, IoT DEP đã được triển khai trong hệ thống này như một nền tảng chung cho tất cả các ứng dụng thu thập dữ liệu. IoT DEP đã được cài đặt trên hệ thống quản lý năng lượng (EMS), thực thể-quản-lý năng lượng (EMA) và/hoặc hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS).

 

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] ISO/IEC TR 22417:2017, Information technology – Internet of Things (IoT) – IoT use cases

[2] ISO/IEC 30118-1:2018, Information technology – Open Connectivity Foundation (OCF) Specification – Part 1: Core specification

[3] ISO/IEC 30118-2:2018, Information technology – Open Connectivity Foundation (OCF) Specification – Part 2: Security specification

[4] ISO/IEC 30118-3:2018, Information technology – Open Connectivity Foundation (OCF) Specification – Part 3: Bridging specification

[5] ISO/IEC 30118-4:2018, Information technology – Open Connectivity Foundation (OCF) Specification – Part 4: Resource type specification

[6] ISO/IEC 30118-5:2018, Information technology – Open Connectivity Foundation (OCF) Specification – Part 5: Smart home device specification

[7] ISO/IEC 30118-6:2018, Information technology – Open Connectivity Foundation (OCF) Specification – Part 6: Resource to AllJoyn interface mapping specification

[8] Bengt Ahlgren, Christian Dannewitz, Claudio Imbrenda, Dirk Kutscher, and Borje Ohlman, A Survey of Information-Centric Networking, IEEE Communications Magazine, July 2012

 

Mục lục

1 Phạm vi áp dụng

2 Tài liệu viện dẫn

3 Thuật ngữ và định nghĩa

4 Chữ viết tắt

5 Quy định chung về dịch vụ IoT

6 Cấu hình mạng cho dịch vụ IoT

6.1 Tổng quan về các cấu hình mạng cho IoT

6.2 Các mô hình mạng cho IoT DEP

7 Nền tảng trao đổi dữ liệu trong kiến trúc tham chiếu IoT

7.1 Tổng quan

7.2 Vị trí của IoT DEP trong kiến trúc tham chiếu IoT

7.2.1 Các chức năng của IoT DEP

7.2.2 Vị trí của IoT DEP

7.3 Hoạt động của IoT DEP trong hệ thống IoT

8 Yêu cầu đối với IoT DEP

8.1 Tổng quát

8.2 Các yêu cầu của các khối chức năng

8.2.1 Định nghĩa các khối chức năng

8.2.2 Kiểm soát truy cập truyền thông (CAC)

8.2.3 Kiểm soát dữ liệu

8.2.4 Chuyển đổi dữ liệu

8.2.5 Kiểm soát IoT

8.2.6 Quản lý IoT

8.2.7 Tương thích

8.3 Giao thức truyền thông

8.4 Ánh xạ dịch vụ

9 Hoạt động của IoT DEP

Phụ lục A (Quy định) Hướng dẫn triển khai IoT DEP

Phụ lục B (Tham khảo) Các giao thức truyền thông điển hình cho ICN

Phụ lục C (Tham khảo) Các trường hợp sử dụng được áp dụng trên nền tảng trao đổi dữ liệu IoT

Thư mục tài liệu tham khảo