Kiến trúc hệ thống IIoT

IoT công nghiệp (Industrial Internet of Things – IIoT) là tập hợp các cảm biến, công cụ và thiết bị được kết nối thông qua internet với các ứng dụng công nghiệp hiện đại. Đây được dự báo là tương lai của ngành sản xuất, thế nhưng, còn nhiều doanh nghiệp gặp khó khăn khi muốn hiện thực hóa công nghệ này. Nguyên nhân được cho là bởi, chưa nắm rõ kiến trúc hệ thống IIoT, dẫn đến việc triển khai thiếu đầy đủ và đảm bảo.

Trong bài viết này, ITG sẽ cung cấp kiến trúc hệ thống IIoT đang được các công ty trên toàn thế giới áp dụng.

1. Cảm biến/ thiết bị

Lớp này bao gồm các cảm biến, thiết bị chấp hành và các bộ điều khiển như vi xử lý/vi điều khiển, PLC, FPGA đến các máy tính nhúng. Chúng có nhiệm vụ thực hiện đo lường và thu thập dữ liệu thông qua các cảm biến, điều khiển các thiết bị chấp hành và có thể truyền và nhận dữ liệu từ các thiết bị khác qua mạng. Theo đó, các dữ liệu có được từ tầng cảm biến/thiết bị sẽ là cơ sở cho sự vận hành của hệ thống IIoT.

Bên cạnh các cảm biến, ở tầng này cũng đòi hỏi hệ thống giao tiếp rộng khắp trên Internet, nghĩa là, dữ liệu sẽ được chia sẻ và cộng tác với nhau một cách dễ dàng. Việc này khiến các thiết bị tiêu tốn nhiều năng lượng và băng thông, do đó, đòi hỏi các tổ chức xây dựng kiến ​​trúc mạnh mẽ với các giao thức truyền thông phù hợp.

Đọc thêm: 5 lợi ích của IIOT

2. Gateway (Phương tiện kết nối)

Sau khi các cảm biến gửi dữ liệu, các cổng kết nối Internet (Internet Gateways) tổng hợp và chuyển đổi thành dạng kỹ thuật số để có thể xử lý, kết nối với phần còn lại của hệ thống. Để có thể thực hiện chức năng này, tầng gateway sẽ bao gồm các thiết bị liên kết mạng như Hub, Switch, Router, có khả năng lưu trữ, xử lý cục bộ trước khi gửi dữ liệu lên Server trung tâm. Đây cũng là tầng có sự kết nối phức tạp nhất khi cần có thêm các mạng cục bộ như Wifi, Zigbee, Bluetooth, LoRaWAN … đến các mạng có dây như CAN, Modbus, Profibus, RS485, Ethernet,…. Sau đó, thiết bị ở lớp mạng thực hiện xử lý và gửi lên trung tâm dữ liệu qua mạng toàn cầu như Internet, 3G/4G/LTE, GSM.

Với lượng công cụ kỹ thuật khổng lồ trên, người dùng có thể dễ dàng kiểm soát, lọc và chọn dữ liệu để giảm thiểu khối lượng thông tin cần được chuyển tiếp lên đám mây, giúp tiết kiệm băng thông và giảm thời gian phản hồi.

Việc đảm bảo đầy đủ các cơ sở hạ tầng trên cũng giúp hệ thống IIoT nâng cao tính bảo mật của mình. Bởi vì chúng chịu trách nhiệm quản lý luồng thông tin theo cả hai hướng, do đó có thể ngăn chặn rò rỉ dữ liệu cũng như giảm nguy cơ bị tấn công từ bên ngoài vào các thiết bị IoT.

3. Xử lý dữ liệu

Tầng xử lý dữ liệu chịu tác động chủ yếu bởi các thiết bị biên với nhiệm vụ xử lý dữ liệu một cách tức thì. Chính vì lẽ đó mà các hệ thống IIoT đòi hỏi nhiều băng thông, nhằm giảm tải áp lực xử lý lượng dữ liệu khổng lồ cho cơ sở hạ tầng IT cốt lõi.

Sau khi cảm biến thu thập dữ liệu, dữ liệu này sẽ tự động được chuyển đổi kỹ thuật số và cập nhật tại hệ thống đám mây. Các điện toán biên (tại chỗ hoặc từ xa) được lắp đặt gần cảm biến trung tâm nhà máy, nơi cung cấp luồng dữ liệu khổng lồ trong hoạt động sản xuất công nghiệp. Nhờ vậy mà dữ liệu tổ chức có thể giảm thiểu tối đa việc tiếp xúc với mạng cục bộ, tăng cường bảo mật, đồng thời giảm tiêu thụ điện năng và băng thông góp phần tận dụng hiệu quả hơn các nguồn lực kinh doanh.

Đọc thêm: Cách IIOT bảo trì dự đoán trong nhà máy

4. Data Center (Trung tâm dữ liệu)

Tầng này thực hiện thu nhận dữ liệu từ lớp mạng, lưu trữ, xử lý dữ liệu và ra quyết định dựa trên các thuật toán AI/ML hoặc các công cụ phân tích dữ liệu hiện đại.

Tại đây, dữ liệu chất lượng cao được phân tích, quản lý và lưu trữ trên đám mây, trung tâm dữ liệu tại chỗ hoặc hệ thống kết hợp. Trong giai đoạn này, tùy thuộc vào nguồn lực và tầm nhìn trong tương lai, doanh nghiệp có thể quyết định lưu trữ đám mây, đầu tư hệ thống máy chủ vật lý, hoặc kết hợp cả hai.

Kiến trúc hệ thống IIoT

Tóm lược

Hệ thống IIoT bao gồm các cảm biến, thiết bị kết nối cùng với các đám mây lưu trữ khổn lồ. Theo đó, khi dữ liệu được số hóa từ cảm biến và chuyển lên các đám mây, hệ thống IIoT sẽ phân tích và xử lý một cách nhanh chóng nhằm cung cấp cho tổ chức các vấn đề đặt ra.

Tuy nhiên, người dùng hoàn toàn có thể tự nhập dữ liệu một cách thủ công lên trên hệ thống trung tâm. Theo đó, IIoT sẽ tạo ra một quy trình mới, ngược lại so với phương thức thông thường. Nghĩa là dữ liệu từ giao diện người dùng được nhập lên hệ thống đám mây và gửi trở lại các cảm biến hay các thiết bị kết nối. Điều này cho thấy doanh nghiệp có thể tiếp nhận dữ liệu từ ban quản trị một cách nhanh gọn và trực tiếp.

Hy vọng qua bài viết, bạn có thể hiểu được kiến trúc của hệ thống IIoT. Có thể thấy, công nghệ IIoT là một yếu tố quan trọng trong quá trình chuyển đổi số cho các doanh nghiệp sản xuất. Tuy nhiên nhiều doanh nghiệp chưa có đội ngũ nhân sự có khả năng tự thực hiện các bước trên một cách hệ thống và bài bản. Vì vậy các doanh nghiệp cần tìm kiếm các đối tác tư vấn chuyển đổi số chuyên nghiệp, có nhiều kinh nghiệm để xây dựng chiến lược và lộ trình thực hiện các dự án phù hợp, giảm thiểu rủi ro và đảm bảo khả năng chuyển đổi số thành công của mình.

Đọc thêm: Ảnh hưởng của IoT đối với hệ thống ERP