5C of IoT - Tiêu chuẩn kỹ thuật cho công nghệ kết nối vạn vật của tương lai

5C of IoT là khái niệm được Keysight Technologies xây dựng trong quá trình kiểm thử các sản phẩm công nghệ, điện tử qua đó định vị các tiêu chuẩn kỹ thuật kết nối cho các sản phẩm công nghệ.

Việc triển khai IoT khá đa dạng từ các ứng dụng hướng tới người tiêu dùng như các thiết bị nhà thông minh hay thiết bị đeo, tới các ứng dụng thiết yếu trong các lĩnh vực an ninh công cộng, ứng phó khẩn cấp, tự động hóa công nghiệp, xe tự lái và IoMT (Internet of Medical Things – Các thiết bị y tế kết nối tới internet).

Mô phỏng mô hình kỹ thuật 5C của IoT.

Connectivity (Kết nối) - Hỗ trợ luồng trao đổi thông tin liền mạch giữa các thiết bị, hạ tầng, đám mây và ứng dụng là thách thức hàng đầu của IoT do bởi kết nối không dây rất phức tạp, đồng thời việc triển khai dày đặc các thiết bị khiến cho vận hành trở nên phức tạp hơn. Trong khi đó các thiết bị IoT quan trọng được kỳ vọng hoạt động ổn định, không hỏng hóc trong những môi trường khắc nghiệt nhất.

Các tiêu chuẩn không dây thay đổi nhanh chóng làm gia tăng hơn nữa sự phức tạp, các kỹ sư phải thường xuyên đối mặt với những thách thức trong việc bắt kịp với công nghệ mới, đồng thời cần đảm bảo các thiết bị có thể hoạt động một cách thông suốt trong toàn hệ sinh thái.

Để giải quyết thách thức kết nối cần có những giải pháp thiết kế và đo kiểm có độ linh hoạt và khả năng thiết lập cấu hình cao, có thể cập nhật nhằm đáp ứng các nhu cầu trong tương lai.

Cần có sự linh hoạt để đo kiểm các thiết bị sử dụng nhiều định dạng vô tuyến, đánh giá hiệu năng thiết bị trong chế độ hoạt động thực tế, và hỗ trợ đo kiểm OTA trong chế độ báo hiệu mà không cần đến trình điều khiển (driver) đặc thù cho chipset.

Giải pháp cũng cần phải đơn giản, chi phí phải chăng và có thể sử được trong cả môi trường R&D (nghiên cứu phát triển) và sản xuất để tận dụng mã và giảm thiểu các vấn đề về tương quan giá trị đo kiểm trong các giai đoạn phát triển sản phẩm khác nhau.

"IoT mở ra nhiều ứng dụng và cơ hội tuyệt vời cho nhiều ngành công nghiệp, nhưng nó cũng mang tới nhiều thách thức chưa từng có, trong đó vượt qua được những thách thức kỹ thuật 5C là vấn đề đang được đặt ra hiện nay" bà Sook Hua Wong, Quản lý giải pháp Ngành, Bộ phận Các Giải pháp Đo lường Điện tử thuộc Keysight Technologies đánh giá.

Continuity (Tính liên tục) - Bảo đảm và kéo dài thời lượng pin là một trong những mối quan tâm quan trọng nhất đối với các thiết bị IoT. Thời lượng pin lâu là một ưu thế cạnh tranh lớn trong các thiết bị IoT tiêu dùng. Đối với các thiết bị IoT công nghiệp, thời lượng pin thường được kỳ vọng từ 5 đến 10 năm.

Với các thiết bị y tế như máy tạo nhịp tim, hoạt động bình thường của thiết bị có thể tạo ra sự khác biệt giữa sự sống và cái chết. Đương nhiên, sai lỗi của pin là điều không thể được chấp nhận.

Để đáp ứng yêu cầu về thời lượng pin cho các thiết bị IoT, các nhà thiết kế mạch tích hợp (IC) cần thiết kế các loại mạch tích hợp có chế độ ngủ sâu tiêu thụ dòng điện rất nhỏ, giảm tốc độ đồng hồ và tập lệnh cũng như sử dụng điện áp pin thấp.

Đối với thông tin không dây, các nhóm tiêu chuẩn đang định nghĩa các chế độ vận hành tiêu thụ ít năng lượng như NB-IoT, LTE-M, LoRa, Sigfox, cung cấp thời gian hoạt động chủ động có giới hạn, đồng thời duy trì mức độ tiêu thụ năng lượng thấp.

Các nhà thiết kế trong tích hợp các linh kiện cảm biến, xử lý, điều khiển và truyền thông vào thành phẩm cần hiểu rõ các thiết bị ngoại vi hoạt động và tiêu thụ năng lượng như thế nào, từ đó tối ưu hóa firmware và phần mềm của sản phẩm nhằm đơn giản hóa vận hành và giảm mức độ tiêu thụ năng lượng.

Compliance (Tuân thủ) - Các thiết bị IoT phải tuân thủ theo các tiêu chuẩn vô tuyến và quy định toàn cầu. Đo kiểm tuân thủ bao gồm đo kiểm tuân thủ tiêu chuẩn vô tuyến và hợp chuẩn của nhà mạng, và các bài đo kiểm tuân thủ theo quy định như đo kiểm RF, EMC và SAR.

Các kỹ sư thiết kế thường gặp khó khăn khi phải tuân thủ lịch thời gian chặt chẽ về giới thiệu sản phẩm mới và bảo đảm đưa sản phẩm ra thị trường toàn cầu một cách trơn tru trong khi vẫn phải tuân thủ những quy định mới nhất - và các quy định này thường xuyên được cập nhật.

Do việc đo kiểm tuân thủ phức tạp và tốn nhiều thời gian, có thể mất tới hàng ngày hoặc hàng tuần để hoàn thành nếu thực hiện bằng phương pháp thủ công.

Để bảo đảm thời gian ra mắt sản phẩm, các nhà thiết kế có thể xem xét phương án đầu tư vào các giải pháp đo kiểm tuân thủ của riêng mình để có thể sử dụng trong các giai đoạn thiết kế nhằm sớm giải quyết vấn đề.

Lựa chọn một giải pháp được phỏng theo hệ thống đo kiểm tuân thủ trong phòng thí nghiệm còn có thể giúp bảo đảm sự tương quan của kết quả đo và giảm rủi ro sai lỗi.

Coexistence (Cùng tồn tại) - Với hàng tỷ thiết bị đang kết nối, vấn đề tắc nghẽn kênh vô tuyến trở nên ngày càng trầm trọng. Để giải quyết vấn đề này, các cơ quan quản lý tiêu chuẩn đã phát triển các phương pháp đo kiểm để đánh giá hoạt động của thiết bị khi có sự xuất diện của các tín hiệu khác.

Những kỹ thuật tránh xung đột khác như nghe trước khi nói (LBT - listen before talk) và cộng tác tránh xung đột (CCA - cooperative collision avoidance) cũng cải thiện được hiệu quả truyền dẫn.

Nhưng hiệu quả trong môi trường có tín hiệu hỗn hợp là không xác định được, và khi các định dạng vô tuyến không phát hiện được nhau thì sẽ xảy ra xung đột và mất mát dữ liệu.

Một bộ cảm biến công nghiệp mất tín hiệu điều khiển, hay một bơm truyền dịch y tế ngừng hoạt động vì can nhiễu từ môi trường xung quanh đều có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng.

Vì vậy đo kiểm khả năng cùng tồn tại là rất quan trọng, để đo lường và đánh giá cách một thiết bị hoạt động trong môi trường có nhiều tín hiệu hỗn hợp, đồng thời đánh giá rủi ro tiềm tàng trong việc duy trì hiệu năng vô tuyến khi có sự hiện diện của tín hiệu không mong muốn trong cùng một môi trường.

Cybersecurity An ninh mạng) - Hầu hết các công cụ bảo vệ an ninh mạng đều tập trung vào mạng và đám mây. Các lỗ hổng bảo mật trên thiết bị đầu cuối và OTA thường bị bỏ qua.

Trong khi các công nghệ đã phổ biến như Bluetooth và WLAN đang được sử dụng trong nhiều ứng dụng, các lỗ hổng bảo mật qua OTA vẫn chưa được cải thiện nhiều.

Sự phức tạp của những giao thức vô tuyến này biến thành những cạm bẫy tiềm tàng trong các triển khai không dây, có thể cho phép tin tặc truy nhập hoặc chiếm quyền điều khiển thiết bị.

Theo IDC, 70% vụ vi phạm bảo mật xuất phát từ các thiết bị đầu cuối . Cần có sự quan tâm đặc biệt để bảo vệ các thiết bị IoT này. Cần xác định được các lỗ hổng bảo mật OTA và những điểm xâm nhập tiềm tàng vào các thiết bị đầu cuối, đồng thời các thiết bị phải được kiểm thử bằng một cơ sở dữ liệu được cập nhật thường xuyên về các mối đe dọa/các cuộc tấn công đã biết để giám sát khả năng phản hồi thiết bị và phát hiện những bất thường.