Mô hình IoT – Hướng dẫn tiêu chi để lựa chọn mô hình IoT phù hợp

Ngày nay, IoT (Internet of Things) đã ngày càng trở thành yếu tố then chốt giúp các doanh nghiệp sản xuất tăng cường hiệu quả và tối ưu hóa quy trình. Tuy nhiên, việc lựa chọn mô hình IoT phù hợp lại là một thách thức không nhỏ. Bạn nên chọn Cloud, Edge, hay Fog Computing? Mô hình 3 lớp hay 4 lớp sẽ phù hợp hơn?

1. Tổng quan về IoT và mô hình IoT là gì?

1.1. IoT là gì?

IoT (Internet of Things) là hệ thống kết nối các thiết bị thông minh thông qua internet, cho phép chúng trao đổi dữ liệu và thực hiện các tác vụ tự động. Trong sản xuất, IoT giúp doanh nghiệp giám sát quá trình sản xuất, tối ưu hóa hiệu suất và cải thiện chất lượng sản phẩm bằng cách thu thập và phân tích dữ liệu thời gian thực.

1.2. Mô hình IoT là gì?

Mô hình IoT là cấu trúc tổ chức các thành phần trong hệ thống IoT nhằm đảm bảo việc thu thập, truyền tải và xử lý dữ liệu hiệu quả. Mỗi mô hình IoT có cách tiếp cận và ứng dụng khác nhau, từ xử lý dữ liệu trên đám mây (Cloud Computing), tại thiết bị biên (Edge Computing) cho đến kết hợp cả hai (Fog Computing). Việc lựa chọn mô hình phù hợp sẽ ảnh hưởng lớn đến hiệu suất, chi phí và độ bảo mật của hệ thống IoT.

2. Các loại mô hình IoT là gì trong sản xuất?

2.1. Mô hinh xử lý dữ liệu theo Cloud

Mô hình xử lý dữ liệu theo Cloud (điện toán đám mây) lưu trữ và xử lý dữ liệu trên các máy chủ từ xa thông qua internet. Điều này cho phép các doanh nghiệp dễ dàng mở rộng quy mô lưu trữ và phân tích dữ liệu một cách hiệu quả. Có 3 mô hình xử lý theo Cloud:

2.1.1. Fog Computing: Cân bằng giữa Cloud và Edge

Fog Computing là mô hình trung gian giữa Cloud và Edge, xử lý dữ liệu tại các thiết bị cục bộ gần nguồn dữ liệu trước khi truyền lên Cloud.

• Ưu điểm: Giảm độ trễ, tiết kiệm băng thông, cải thiện bảo mật dữ liệu.
• Nhược điểm: Cần quản lý nhiều thiết bị cục bộ, phức tạp trong triển khai.
• Ứng dụng: Phù hợp cho các hệ thống sản xuất yêu cầu phản hồi nhanh như giám sát an toàn thiết bị hoặc kiểm tra chất lượng theo thời gian thực.

2.1.2. Edge Computing: Xử lý dữ liệu tại nguồn

Edge Computing xử lý dữ liệu trực tiếp tại thiết bị biên (sensor, máy móc) mà không cần truyền về máy chủ trung tâm.

• Ưu điểm: Phản hồi cực nhanh, giảm băng thông, bảo mật dữ liệu tốt hơn.
• Nhược điểm: Khả năng xử lý bị giới hạn bởi hiệu suất phần cứng của thiết bị biên.
• Ứng dụng: Thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ trễ thấp như điều khiển robot tự động hoặc hệ thống cảnh báo an toàn.

2.1.3. Hybrid Computing: Kết hợp linh hoạt giữa Cloud, Fog và Edge

Hybrid Computing kết hợp cả Cloud, Fog và Edge để tối ưu hóa quá trình xử lý dữ liệu, giúp doanh nghiệp linh hoạt trong việc lưu trữ và phân tích dữ liệu.

• Ưu điểm: Tận dụng tối đa hiệu suất của từng mô hình, linh hoạt và mở rộng dễ dàng.
• Nhược điểm: Đòi hỏi chi phí đầu tư và quản lý phức tạp hơn.
• Ứng dụng: Phù hợp với các doanh nghiệp lớn, cần tích hợp nhiều loại dữ liệu và yêu cầu phân tích chuyên sâu.

2.2. Mô hình IoT theo cấu trúc lớp

Mô hình IoT theo cấu trúc lớp giúp phân chia các chức năng của hệ thống IoT thành các tầng riêng biệt, đảm bảo tính rõ ràng trong quản lý, phát triển, và bảo mật dữ liệu.

Hiện nay, có hai loại mô hình phổ biến được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất là mô hình 3 lớp và 4 lớp. Tùy thuộc vào quy mô và yêu cầu kỹ thuật của doanh nghiệp, việc lựa chọn mô hình phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất vận hành và đảm bảo an toàn dữ liệu.

2.2.1. Mô hình IoT 3 lớp

Mô hình IoT 3 lớp là cấu trúc cơ bản và phổ biến nhất, bao gồm ba tầng chức năng chính: Lớp cảm biến, Lớp mạng, và Lớp ứng dụng.

Đầu tiên, Lớp cảm biến (Perception Layer) chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu từ môi trường thực tế như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, hoặc vị trí. Các cảm biến được gắn trên dây chuyền sản xuất giúp giám sát tình trạng thiết bị, từ đó cung cấp dữ liệu theo thời gian thực để phát hiện lỗi kịp thời. Ví dụ, trong nhà máy thực phẩm, cảm biến đo nhiệt độ được sử dụng để đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn thực phẩm.

Sau khi dữ liệu được thu thập, Lớp mạng (Network Layer) sẽ truyền thông tin từ các cảm biến đến trung tâm xử lý hoặc lưu trữ đám mây thông qua các giao thức như Wi-Fi, Bluetooth, hoặc Zigbee. Ví dụ, dữ liệu từ cảm biến nhiệt độ trong kho lạnh sẽ được truyền về máy chủ trung tâm để phân tích và đưa ra cảnh báo nếu có bất thường xảy ra.

Cuối cùng, Lớp ứng dụng (Application Layer) xử lý và hiển thị dữ liệu dưới dạng thông tin hữu ích cho người dùng, chẳng hạn như biểu đồ, báo cáo, hoặc cảnh báo. Nhờ đó, doanh nghiệp có thể dễ dàng theo dõi hiệu suất sản xuất và đưa ra quyết định nhanh chóng.

Ưu điểm nổi bật của mô hình IoT 3 lớp là cấu trúc đơn giản, dễ triển khai và bảo trì. Chi phí đầu tư thấp do không yêu cầu phần cứng và phần mềm phức tạp.

Tuy nhiên, mô hình này có khả năng mở rộng hạn chế khi số lượng thiết bị cảm biến tăng lên và có bảo mật kém do thiếu lớp bảo vệ trung gian. Do đó, mô hình IoT 3 lớp thường được sử dụng cho các hệ thống đơn giản, ít yêu cầu về xử lý dữ liệu phức tạp như giám sát môi trường hoặc theo dõi tài sản.

2.2.2. Mô hình IoT 4 lớp

Để khắc phục những hạn chế của mô hình 3 lớp, mô hình IoT 4 lớp đã được phát triển với cấu trúc bổ sung thêm một tầng xử lý dữ liệu. Mô hình này bao gồm: Lớp cảm biến, Lớp mạng, Lớp xử lý dữ liệu, và Lớp ứng dụng.

Trong đó, Lớp xử lý dữ liệu (Processing Layer) đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý thông tin cục bộ trước khi gửi lên đám mây, giúp giảm độ trễ và tăng cường bảo mật dữ liệu.

Cụ thể, khi dữ liệu được thu thập từ cảm biến và truyền qua lớp mạng, lớp xử lý dữ liệu sẽ phân tích và xử lý ngay tại chỗ (tại thiết bị biên – Edge Computing) trước khi gửi lên đám mây để lưu trữ và phân tích nâng cao.

Ví dụ, trong dây chuyền sản xuất ô tô, dữ liệu từ hàng trăm cảm biến trên các bộ phận khác nhau sẽ được xử lý và phân tích để phát hiện lỗi sản xuất. Nếu phát hiện bất thường, hệ thống sẽ đưa ra cảnh báo ngay lập tức mà không cần chờ dữ liệu được gửi lên đám mây và xử lý trung tâm. Điều này giúp giảm độ trễ và đảm bảo quy trình sản xuất liên tục, không bị gián đoạn.

Nhìn chung, cả hai mô hình IoT 3 lớp và 4 lớp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng biệt. Doanh nghiệp cần cân nhắc kỹ lưỡng dựa trên quy mô, nhu cầu xử lý dữ liệu, và ngân sách đầu tư để lựa chọn mô hình phù hợp nhất.

Kết luận

Việc lựa chọn mô hình IoT phù hợp trong sản xuất đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất vận hành, giảm thiểu rủi ro và nâng cao khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp.

Mô hình IoT 3 lớp đơn giản và hiệu quả về chi phí, phù hợp với các hệ thống nhỏ, ít yêu cầu xử lý dữ liệu phức tạp. Trong khi đó, mô hình IoT 4 lớp với khả năng xử lý dữ liệu cục bộ và bảo mật cao lại thích hợp cho các nhà máy thông minh, dây chuyền sản xuất tự động hóa với số lượng cảm biến lớn và yêu cầu phản hồi tức thời.

Bên cạnh đó, xu hướng phát triển công nghệ IoT ngày càng phức tạp và tích hợp sâu rộng trong lĩnh vực sản xuất, đòi hỏi doanh nghiệp cần linh hoạt trong việc lựa chọn mô hình cũng như đầu tư vào cơ sở hạ tầng và bảo mật dữ liệu. Đặc biệt, với sự xuất hiện của Edge Computing và các giải pháp SEEACT-MES của DACO, doanh nghiệp có thêm lựa chọn tối ưu trong việc điều hành và quản lý sản xuất thông minh.

Tóm lại, không có mô hình IoT nào hoàn toàn tốt hơn mô hình khác, mà sự phù hợp phụ thuộc vào nhu cầu cụ thể, ngân sách đầu tư và mục tiêu phát triển của từng doanh nghiệp. Việc đánh giá kỹ lưỡng và lựa chọn mô hình phù hợp sẽ giúp doanh nghiệp khai thác tối đa tiềm năng của IoT, từ đó thúc đẩy hiệu suất sản xuất, giảm thiểu chi phí và nâng cao lợi thế cạnh tranh trên thị trường.

————————————————————-

SEEACT-MES – NO.1 ON MES IN VIETNAM

Địa chỉ: Số 146, Đường Cầu Bươu, Xã Tân Triều, Huyện Thanh Trì, Thành Phố Hà Nội

Hotline: 0904.675.995

Email: seeact@dacovn.com

Website: www.seeact.vn