Những điều cần biết về Internet of Things: Thế giới kết nối của tương lai (phần 2)

Tiếp theo phần 1, chúng ta cùng tìm hiểu những khái niệm cơ bản nhất về internet of things - thế giới kết nối của tương lai.

Mạng dạng lưới là gì?

Các thiết bị trong một hệ thống mạng dạng này sẽ kết nối trực tiếp với nhau, và mỗi thiết bị đều có khả năng chuyển tiếp dữ liệu – ngược lại với mô hình mạng tập trung trong đó đa phần dữ liệu sẽ được đẩy về một thiết bị trung tâm để được xử lí/chuyển tiếp (như các router hay server). Tầm phát sóng sẽ thay đổi theo từng chủng loại thiết bị và kênh truyền sóng, có thể là từ 10 cho đến 100m.

Nhờ vào khả năng chuyển tiếp dữ liệu này, một mạng lưới có thể chứa hàng ngàn cảm biến trên một vùng rất rộng, thậm chí lên tới cỡ một thành phố. Mô hình mạng kiểu này cũng giúp giảm thiểu những tổn thất hay rủi ro trong trường hợp một vài thiết bị riêng lẻ gặp trục trặc. Những cái tên nổi bật nhất trong lĩnh vực thiết kế giao thức cho mạng dạng không dây dạng lưới phải kể đến Z-Wave Alliance, Zigbee Alliance và Insteon. Chuẩn giao tiếp của Insteon và Z-Wave đều là hàng “bản quyền” và hai đơn vị này đều trực tiếp sản xuất thiết bị. Còn ZigBee hoạt động tương tự Wi-fi Alliance, do là chuẩn mở nên mỗi hãng phần cứng sẽ có cách ứng dụng ZigBee khác nhau – ZigBee Alliance sẽ chịu trách nhiệm thử nghiệm và chứng nhận hoạt động cho các sản phẩm này.

Các phương thức truyền dữ liệu phù hợp

Để kết nối trên diện rộng và khoảng cách xa, thực chất các thiết bị trong thế giới Internet of Things sẽ phải tận dụng rất nhiều kênh truyền tải dữ liệu không dây khác nhau. Trong đó sẽ bao gồm cả mạng điện thoại di động, mạng vệ tinh, một số công nghệ mới như Weightless, hay các kênh sóng TV đang được bỏ trống. Lưu ý khái niệm kênh truyền tải này khác với các “giao thức” giúp các thiết bị nói chuyện được với nhau đã nêu ở trên. Bạn đọc có thể tưởng tượng mỗi kênh truyền sóng giống như một loại cáp (cáp đồng – cáp quang – cáp Ethernet dùng trong gia đình) khác nhau để dễ hình dung. Điều quan trọng là mỗi công nghệ phát sóng sẽ có lợi thế riêng tùy vào hoàn cảnh sử dụng, vì vậy người ta sẽ phải sử dụng kết hợp chúng, Ví dụ các thiết bị trong phòng làm việc sẽ kết nối được với nhau bằng sóng hồng ngoại do khoảng cách ngắn, nhưng để gửi thông báo tới điện thoại của chủ nhà thì mạng điện thoại di động sẽ phải vào cuộc.

Vẫn cần các gateway và hub

Tuy mô hình mạng dạng lưới đã nói ở trên có rất nhiều lợi thế. Nhưng rào cản lớn nhất là sự khác biệt giữa các kênh truyền dữ liệu và các bộ giao thức. Các thiết bị được thiết kế để giao tiếp với nhau bằng ZigBee sẽ ít khi nói được “ngôn ngữ” Z-Wave. Các thiết bị chỉ có thể phát sóng radio tầm gần sẽ khó mà kết nối được với mạng vệ tinh hay trạm phát sóng của mạng điện thoại di động. Vì vậy thực tế trong thế giới mạng Internet of Things ta vẫn cần các thiết bị trung gian, tương tự các hub hay gateway trong hệ thống mạng dây hiện nay – và đây chính là một trong những bước mấu chốt để trào lưu Internet of Things bùng nổ. SmartThings, một trong những startup mới nổi trong lĩnh vực Internet of Things, mới đây đã cho ra mắt các thiết bị dạng hub với khả năng giao tiếp bằng cả Zigbee và Z-Wave, đồng thời đóng vai trò một thiết bị nền để lập trình viên viết trên đó các ứng dụng kết nối các sản phẩm sử dụng ZigBee và Z-Wave lại với nhau. Theo nhiều dự đoán, dần dà các chức năng này sẽ được tích hợp thẳng vào các router phổ thông, các thiết bị đầu cuối mà ISP hay hãng truyền hình cung cấp cho người dùng, hay thậm chí là tồn tại trong các sản phẩm như Google Chromecast.

Nguy cơ thất thoát thông tin cá nhân

Ý tưởng về các thiết bị gia dụng thông minh nói chung và IoT nói riêng thực chất sẽ được coi là bất khả thi chỉ vào khoảng một vài năm về trước, khi mà IPv4 vẫn còn giữ vị trí thống trị trên toàn cầu. Như chúng ta đã điểm qua trong bài viết tổng quan về địa chỉ mạng, với IPv4 chúng ta chỉ có tổng cộng khoảng 4,3 tỉ địa chỉ public cho toàn bộ các thiết bị trên mạng Internet – kéo theo đó, như nhiều người trong chúng ta đã biết, là mớ bòng bong các private IP trong từng mạng nội bộ. Ngược lại, với IPv6 con người sẽ có trong tay con số khổng lồ khoảng 340 x 10^36 – hay nếu bạn muốn nói theo cách “hoành tráng” hơn thì là 340 tỷ tỷ tỷ tỷ tỷ tỷ địa chỉ. Số lượng địa chỉ này được đánh giá là sẽ quá đủ để trong tương lai gần ngay cả chiếc bếp trong nhà bếp của bạn cũng sẽ có thể có một địa chỉ độc nhất trên toàn thế giới (tuy rằng tùy theo định hướng của nhà sản xuất mà không phải thiết bị nào cũng sẽ cần IP riêng, đặc biệt là những thứ nhỏ bé cỡ công tắc đèn). Nhờ khả năng định danh chi tiết đến từng thiết bị này, người ta có thể dễ dàng tạo ra các dịch vụ đánh giá, theo dõi từ xa cho từng tòa nhà, từng vật dụng.

Tuy nhiên, khi nhắc đến hai từ “theo dõi”, trước bối cảnh mà đa số người dùng thiết bị điện tử ngày càng tỏ ra lo lắng về vấn đề bảo mật dữ liệu cá nhân của mình – đặc biệt là sau những scandal “bốc mùi” của NSA – quan ngại của cộng đồng về khả năng thất thoát thông tin từ các thiết bị IoT cũng sẽ là một rào cản lớn.

Trong một hội chợ liên bang của Mỹ, phát ngôn viên của Electronic Privacy Information Center (trung tâm nghiên cứu bảo mật thông tin số) đã phát biểu: “Các thông tin liên quan đến lịch làm việc hay sinh hoạt của từng cá nhân có thể tiết lộ rất nhiều thông tin riêng tư của họ, như các vấn đề về sức khỏe, mối quan hệ với người khác, sở thích và thói quen.v.v.”. Một đơn vị khác của chính mang tên Center for Democracy and Technology nêu cụ thể hơn về các tình huống có thể xảy ra:

Thông tin từ các cảm biến ánh sang sẽ có thể được dễ dàng được phân tích để tìm ra thời điểm một căn phòng thường được sử dụng. Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ sẽ giúp đưa ra những đánh giá về thời điểm chủ nhà tắm, tập luyện hay rời khỏi nhà. Và như cách mà NSA đã làm suốt bao năm qua, đương nhiên các microphone sẽ có thể bị lợi dụng để nghe trộm thông tin. Tùy vào quốc gia mà bạn đang sống, có thể các nhà lập pháp sẽ có rất nhiều ý kiến trái chiều về việc cho phép lưu hành các thiết bị cần thiết để tạo ra một hệ sinh thái IoT hoàn chỉnh.

Ngay cả khi một người làm trong các lĩnh vực như công nghệ thông tin hay điện/điện tử, thường thì anh/cô ta cũng không thể khẳng định chắc chắn về mức độ bảo mật của một thiết bị hay của hệ thống mạng nội bộ nhà mình – trừ khi người đó chuyên làm việc trong lĩnh vực mạng và bảo mật. Ở các thị trường như tại Việt Nam, trong đó người dùng thường xuyên phải tiếp xúc với các loại thiết bị “ăn theo” rẻ tiền, rủi ro thất thoát thông tin khi tham gia thế giới IoT thực sự không phải chuyện đùa.

Tại hội thảo Black Hat mới diễn ra gần đây, các nhà nghiên cứu về bảo mật đã trình diễn trước nhiều quan khách tham gia quá trình phá hoại thành công một hệ thống toilet tự động vốn được thiết kế để đặt trong các smart house. Chiếc toilet vốn được thiết kế để tự động đóng/mở và xác định mức xả nước sau khi người dùng sử dụng lúc này sẽ đóng/mở liên tục, đống thời liên tục xả nước. Hãy tưởng tượng các bộ phim hoạt hình bạn xem lúc nhỏ với hàng loạt đồ vật “thông minh” với khả năng nói chuyện, hiểu ý chủ nhà và “tự động” như các sinh vật sống – rồi tưởng tượng tới lúc chúng nổi khùng và hoạt động một cách điên loạn, đó sẽ là viễn cảnh của một smart house sau khi bị hack. Lợi thế duy nhất của các thiết bị thông minh hiện nay là trào lưu IoT vẫn chưa hoàn toàn bùng nổ, và các hãng sản xuất còn một khoảng thời gian nữa để tạo dựng các phòng tuyến bảo mật vững chắc trước khi những ánh mắt của những kẻ cộm cán trong tới tội phạm mạng bắt đầu chuyển hướng tới dòng sản phẩm này. Một trong những cái tên xông xáo nhất cho việc này không ai khác lại chính là Cisco – kẻ khổng lồ của thế giới hạ tầng mạng này hiện đang mở một cuộc thi với giải thưởng lên tới 300.000$ dành cho những ý tưởng táo bạo và hiệu quả nhất để bảo mật cho hệ sinh thái IoT.

Sự cởi mở của các hãng sản xuất

Một trong những trở ngại lớn nhất cho sự phát triển rộng của IoT sẽ là sự cởi mở của các hãng sản xuất. Ví dụ đơn giản, liệu Apple có muốn tạo ra các sản phẩm cho phép người dùng kết nối với TV Samsung mà không gặp bất kì trở ngại gì? Nghe có vẻ khó, nhỉ!!! Hãy nhìn lại định nghĩa sơ bộ về IoT đã nêu lúc trước, chắc hẳn bạn sẽ hiểu rằng chúng ta khó mà có được một trải nghiệm IoT hoàn chỉnh trong đó “mọi thiết bị đều có thể hoạt động phối hợp được với nhau” khi mà nhiều hãng vẫn thường có xu hướng chỉ muốn các thiết bị của mình giao tiếp trong “nội bộ hãng”, thông qua các giao thức mà chỉ hãng đó sở hữu (thunderbolt là ví dụ điển hình.)

Tình huống xấu nhất sẽ là khi với mỗi kẻ khổng lồ như Apple, Samsung, Toshiba…, chúng ta có một hệ sinh thái các thiết bị điện tử, gia dụng biệt lập – gần giống với định nghĩa IoT nhưng hoàn toàn không có khả năng nối kết với sản phẩm của các hãng khác. Vấn đề là không và hầu như chắc chắn là sẽ không hãng nào đủ lớn để tạo ra một hệ sinh thái IoT hoàn toàn riêng của mình, từ phần hạ tầng mạng đến các thiết bị thông tin (pc, laptop, smartphone….) rồi các thiết bị gia dụng. Ngược lại có đến một vài kẻ đủ lớn và nắm giữ đủ chủng loại thiết bị để làm xáo trộn nó.

Tương tự như cách mà Wi-Fi (hay đúng hơn là các chuẩn 802.11x của IEEE) và USB đã từng cứu người tiêu dùng cả thế giới khỏi việc phải bám dính lấy một hãng sản xuất cố định khi mua laptop, usb flash, ổ gắn ngoài, webcam…. Các chuẩn mở như ZigBee được đánh giá sẽ là giải pháp tối ưu để phát triển một thế giới IoT thực sự. Vấn đề sẽ chỉ là thời gian, thứ thực chất sẽ bị ảnh hưởng khá lớn bởi nhu cầu của khách hàng, bao gồm các chính phủ, doanh nghiệp và hộ gia đình.

Nhu cầu quyết định tốc độ

Ngoài ví dụ về việc ứng dụng các cảm biến để theo dõi điểm đỗ ô tô như đã nêu trong phần 1 của bài viết, chính phủ các nước tiên tiến hiện đang ngày càng tín nhiệm các cảm biến thông minh trong việc theo dõi tình trạng đèn giao thông, tình trạng hệ thống gas và nước trong các thành phố, thậm chí là cả tình trạng các thùng rác công cộng. Trong lĩnh vực công, có rất nhiều lợi ích mà hệ thống các cảm biến và thiết bị điều khiển thông minh kết nối với nhau như IoT có thể đem lại, đặc biệt là trong mảng quản lý giao thông, điện nước và đất đai. Nhìn chung, sự ủng hộ và ứng dụng từ chính phủ cũng như các doanh nghiệp lớn sẽ là bước đệm tiên quyết để các hãng sản xuất thực sự nghiêm túc trong việc nghiên cứu và phát triển các thiết bị thông minh. Hãy nhìn lại lịch sử ngành công nghiệp máy tính, bạn nghĩ vào những ngày tháng sơ khai máy tính được chế tạo để phục vụ nghiên cứu khoa học, để nâng cao năng suất làm việc trong cơ quan hành chính và doanh nghiệp, để đưa con người lên vũ trụ hay để chúng ta có thứ ngồi lướt web, để các thanh thiếu niên có photoshop chỉnh sửa ảnh tự sướng? Mỗi chúng ta chắc hẳn đều đã có câu trả lời. Đi sau chính phủ và các tổ chức lớn, sản phẩm tiêu dùng cho từng cá nhân, hộ gia đình mới có nền tảng để hoàn thiện và hoạt động ổn định.

Tuy vậy, các sản phẩm thông minh cho người dùng cuối lại thường thu hút được nhiều sự chú ý của dư luận hơn bởi chúng có mối liên hệ với hầu như tất cả các lĩnh vực: theo dõi sức khỏe, xây dựng nhà cửa, hệ thống điện (trong gia đình) và may mặc (đặc biệt là dòng sản phẩm điện tử đeo người – wearable computing). Trong tương lai không xa, ngay cả các thợ nước cũng sẽ phải trang bị kiến thức về các thiết bị IoT được thiết kế để tự động theo dõi và đóng mở các đường ống, cả trong hộ gia đình riêng lẻ lẫn các đường ống công cộng. Các thiết bị gia dụng và điện/điện tử truyền thống trong mỗi hộ gia đình sẽ được thay thế dần dần bằng các sản phẩm gán mác “thông minh”. Với độ phủ rộng lớn như vậy, thế giới IoT được cho là sẽ mở rộng dần dần qua nhiều năm, chứ không bùng nổ một cách đột ngột như trào lưu smartphone cảm ứng do Apple khởi xướng.