Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13813-2:2023 Internet vạn vật - Tính liên tác cho các hệ thống IoT

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 13813-2:2023

ISO/IEC 21823-2:2020

INTERNET VẠN VẬT - TÍNH LIÊN TÁC CHO CÁC HỆ THỐNG IOT - PHẦN 2: TÍNH LIÊN TÁC VẬN CHUYỂN

Internet of things (loT) - Interoperability for loT systems - Part 2: Transport interoperability

Mục lục

Lời nói đầu

1 Phạm vi áp dụng

2 Tài liệu viên dẫn

3 Thuật ngữ và định nghĩa

4 Kết nối mạng cho tính liên tác vận chuyển

5 Tổng quan

5.1 Mô hình kết nối mạng và các giao diện giữa các hệ thống loT

5.2 Mô hình kết nối mạng và các giao diện trong hệ thống loT

5.3 Mô hình ngăn xếp kết nối mạng

6 Yêu cầu đối với kết nối mạng giữa các hệ thống loT

6.1 Tổng quan

6.2 Giao diện mạng giữa các hệ thống loT khác nhau

6.3 Các yêu cầu của kết nối mạng

7 Yêu cầu đối với kết nối mạng trong hệ thống loT

7.1 Tổng quan

7.2 Các phần tử mạng hỗ trợ kết nối mạng

7.3 Các cổng kết nối hỗ trợ kết nối mạng

Thư mục tài liệu tham khảo

Lời nói đầu

TCVN 13813-2:2023 hoàn toàn tương đương với ISO/IEC 21823-2:2020.

TCVN 13813-2:2023 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/JTC 1 “Công nghệ thông tin” biên soạn, Viện Tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ tiêu chuẩn TCVN 13813 (ISO/IEC 21823) Internet vạn vật - Tính liên tác cho các hệ thống loT gồm các tiêu chuẩn sau:

- TCVN 13813-1:202 (ISO/IEC 21823-1:2019), Phần 1: Khung;

- TCVN 13813-2:2023 (ISO/IEC 21823-2:2020), Phần 2: Tính liên tác vận chuyển.

Bộ tiêu chuẩn ISO/IEC 21823 Internet of things (loT) - Interoperability for loT systems còn có các tiêu chuẩn sau:

- ISO/IEC 21823-3:2021, Part 3: Semantic interoperability;

- ISO/IEC 21823-4:2022, Part 4: Syntactic interoperability.

INTERNET VẠN VẬT - TÍNH LIÊN TÁC CHO CÁC HỆ THỐNG IOT - PHẦN 2: TÍNH LIÊN TÁC VẬN CHUYỂN

Internet of things (loT) - Interoperability for loT systems - Part 2: Transport interoperability

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định một khung và các yêu cầu đối với tính liên tác vận chuyển, để xây dựng các hệ thống ioT với trao đổi thông tin, kết nối ngang hàng và truyền thông liền mạch giữa các hệ thống loT khác nhau và giữa các thực thể trong hệ thống loT. Tiêu chuẩn này quy định:

• các giao diện và yêu cầu về tính liên tác vận chuyển giữa các hệ thống loT;

• các giao diện và yêu cầu về tính liên tác vận chuyển trong một hệ thống loT.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn dưới đây là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 13812:2023 (ISO/IEC 20924), Internet vạn vật (loT) - Từ vựng.

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa trong TCVN 13812:2023 (ISO/IEC 20924) và các thuật ngữ và định nghĩa dưới đây.

3.1

Khả năng kết nối mạng (network connectivity)

Khả năng trao đổi thông tin dưới dạng bit và byte, giả sử rằng hạ tầng trao đổi thông tin được thiết lập và các mạng và giao thức bên dưới được xác định rõ ràng.

[NGUỒN: IIC: PUB: G5: V1.01: PB: 20180228. Quyển G5 về Internet vạn vật trong Công nghiệp: Khung kết nối)

3.2

Tính liên tác vận chuyển (transport interoperability)

Tính liên tác trong đó trao đổi thông tin sử dụng một hạ tầng truyền thông được thiết lập giữa các hệ thống tham gia.

CHÚ THÍCH 1: Hệ thống được hiểu là hệ thống loT.

CHÚ THÍCH 2: Thiết bị loT, cổng loT, cảm biến và bộ thi hành được coi là một hệ thống.

[NGUỒN: 3.1.3, TCVN 13055:2020 (ISO/IEC 19941:2017)]

4  Kết nối mạng cho tính liên tác vận chuyển

TCVN 13813-1 [1] mô tả tổng quan và mô hình đa diện cho tính liên tác của loT, Tính liên tác có thể được định nghĩa là phép đo mức độ mà các loại hệ thống hoặc các cấu phần khác nhau tương tác thành công. TCVN 13813-1 [1] định nghĩa tính liên tác là “Khả năng hai hoặc nhiều hệ thống hoặc ứng dụng trao đổi và sử dụng lẫn nhau các thông tin được trao đổi.”.

Có tính liên tác giữa hai hoặc nhiều hệ thống loT và cũng có tính liên tác giữa các thực thể tồn tại trong một hệ thống loT. Chỉ với tính liên tác hiệu quả giữa các thực thể, thì các hệ thống loT mới có thể được xây dựng và sử dụng một cách đáng tin cậy, hỗ trợ nhiều ứng dụng loT đang xây dựng.

Mô hình năm phương diện về tính liên tác của loT được giới thiệu trong TCVN 13813-1 [1] thể hiện trong Hình 1.

Hình 1 - Các phương diện về tính liên tác của loT

Tiêu chuẩn này bao gồm kết nối mạng liên quan đến phương diện vận chuyển của mô hình. Kết nối mạng mô tả cách nhiều mạng loT khác nhau kết nối với nhau để cho phép truyền thông liền mạch và cách các thực thể khác nhau có thể kết nối với các mạng khác nhau và tương tác với nhau. Kết nối mạng cung cấp các hướng dẫn chung cho việc kết nối và tương tác giữa các mạng khác nhau và thúc đẩy ứng dụng loT trên quy mô lớn. Kết nối mạng là một khía cạnh cơ bản và quan trọng của tính liên tác vận chuyển. Thảo luận về các khía cạnh khác về tính liên tác của loT được giải quyết bởi các phần khác của ISO/IEC 21823.

Như được mô tả trong TCVN 13117 [2], có bốn loại mạng trong hệ thống loT: mạng người dùng, mạng dịch vụ, mạng truy cập và mạng lân cận. Các mối quan hệ và giao diện giữa các mạng này để hỗ trợ tính liên tác được mô tả trong TCVN 13117 [2],

Tiêu chuẩn này xác định khung liên tác vận chuyển về các mô hình, giao diện kết nối mạng và mô hình ngăn xếp.

5  Tổng quan

5.1  Mô hình kết nối mạng và các giao diện giữa các hệ thống loT

Điều 5 tập trung vào các giao diện mạng giữa các hệ thống loT. Như trong TCVN 13117 [2], các hệ thống loT tương tác với nhau thông qua truy cập các tài nguyên và cấu phần chức năng miền trao đổi, đại diện một hoặc nhiều giao diện để hỗ trợ tương tác này. Điều này được thể hiện dưới dạng lược đồ trong Hình 2. Các yếu tố liên quan được mô tả trong TCVN 13117 [2].

Hình 2 - Mô hình khả năng kết nối mạng giữa hai hệ thống loT

Kết nối có nhãn m-1 trong Hình 2 đại diện cho một hoặc nhiều giao diện cho bất kỳ khả năng nào được cung cấp bởi mỗi hệ thống loT cho hệ thống kia. Truyền thông diễn ra thông qua mạng sử dụng dùng bất kỳ phương tiện hoặc giao thức nào khả thi cho tương tác này và theo cách đó cả thiết bị người dùng và người dùng số đều có thể giao tiếp với phần còn lại của hệ thống loT, như xác định trong TCVN 13117 [2]. Mạng người dùng chỉ tồn tại giữa miền trao đổi và truy cập tài nguyên. Khi các thực thể trong hệ thống loT cần cộng tác với một số thực thể trong một hệ thống loT khác, các thực thể sẽ giao tiếp với miền trao đổi và truy cập tài nguyên xử lý các kết nối với các hệ thống loT khác.

Để hai hệ thống loT tương tác với nhau, mỗi giao diện trong m-1 được sử dụng sẽ tương tác với nhau để có tinh liên tác vận chuyển. Có nhiều ứng dụng có yêu cầu về tính liên tác. Ví dụ, trong một số ứng dụng công nghiệp, hai hệ thống loT khác nhau chia sẻ dữ liệu cảm biến. Các thực thể trong một hệ thống loT sử dụng những dữ liệu này để đưa ra quyết định. Và sau đó, chúng hoạt động trên các thực thể (chẳng hạn như bộ thi hành) trong một hệ thống loT khác thông qua miền trao đổi và truy cập tài nguyên để đạt được sự tương tác và cộng tác giữa hai hệ thống loT.

5.2  Mô hình kết nối mạng và các giao diện trong hệ thống loT

Trong một hệ thống loT, bốn mạng được xác định theo TCVN 13117 [2]:

• Mạng người dùng: Mạng này kết nối miền người dùng với miền dịch vụ ứng dụng (ASD) và miền quản lý và vận hành (OMD). Mạng này cũng kết nối các hệ thống loT ngang hàng và các hệ thống phi-loT với miền trao đổi và truy cập tài nguyên loT (RAID). Mạng này kết nối các thực thể trong miền người dùng với miền trao đổi và truy cập tài nguyên.

• Mạng dịch vụ: Mạng này kết nối các phần tử bên trong và giữa ASD, RAID và OMD. Mạng này có thể bao gồm cả phần tử Internet và cả phần tử mạng nội bộ (riêng tư).

• Mạng truy cập: Mạng truy cập thường là mạng diện rộng kết nối các thiết bị trong miền điều khiển và cảm biến (SCD) với các miền khác là ASD và OMD.

• Mạng lân cận: Mạng này tồn tại trong miền điều khiển và cảm biến. Nhiệm vụ chính là kết nối các cảm biến và bộ thi hành với cổng kết nối.

Tập chính của các kết nối sẽ được hỗ trợ bởi kết nối mạng trong hệ thống loT được thể hiện trong Hình 3 (dẫn xuất từ Hình 17 của TCVN 13117:2020).

Hình 3 - Mô hình kết nối mạng trong hệ thống loT

Các kết nối được gắn nhãn c-1 đến c-7.

• c-1: Các kết nối từ người dùng đến hệ thống con dịch vụ và ứng dụng thông qua mạng người dùng.

• c-2: Các kết nối từ miền trao đổi và truy cập tài nguyên tới các thực thể trong cả miền dịch vụ và ứng dụng và với các thực thể trong miền quản lý và vận hành, thông qua mạng dịch vụ.

• c-3: Các kết nối từ miền dịch vụ và ứng dụng đến cổng loT thông qua mạng truy cập.

• c-4: Các kết nối từ quản lý và vận hành đến các cổng loT thông qua mạng truy cập.

• c-5: Các kết nối giữa các cổng loT với các cảm biến và bộ thi hành thông qua mạng lân cận.

• c-6: Các kết nối từ người dùng trực tiếp đến các thực thể trong miền điều khiển và cảm biến, chẳng hạn như cổng loT và/hoặc cảm biến và bộ thi hành, thông qua mạng truy cập.

• c-7: Các kết nối từ các thực thể trong miền quản lý và vận hành đến các thực thể trong miền dịch vụ và ứng dụng.

Để hỗ trợ kết nối mạng, các kết nối từ c-1 đến c-7 dựa vào các phần tử mạng được mô tả trong 7.2.

Mỗi mạng khác nhau có thể đang sử dụng một hoặc nhiều loại công nghệ truyền thông khác nhau (ví dụ: có dây, không dây, khu vực cục bộ so với khu vực rộng) và nhiều loại phần cứng và giao thức truyền thông khác nhau có thể liên quan. Cách các thực thể khác nhau giao tiếp với nhau, đặc biệt khi các mạng khác nhau có liên quan, là một phần của mô hình ngăn xếp kết nối mạng. Liên kết nối có thể liên quan đến một loạt các thiết bị như bộ định tuyến, bộ chuyển mạch, cổng, trình dịch giao thức, v.v. Việc giải quyết các thực thể đích trên các loại mạng khác nhau đôi khi có thể là một thách thức và yêu cầu các cách tiếp cận cụ thể đối với kết nối mạng.

5.3  Mô hình ngăn xếp kết nối mạng

Điều 5.3 thảo luận về mô hình ngăn xếp kết nối loT và vai trò kiến trúc tương ứng.

Mô hình ngăn xếp kết nối loT được thể hiện trong Hình 4 và Hình 5. Các giao thức khác nhau có thể được sử dụng trong mỗi tầng, các cặp tầng tương ứng trong hai hệ thống loT (hoặc hai mạng trong một hệ thống loT) tương tác với nhau thông qua các điểm truy cập cho mạng đã được kết nối. Kết nối mạng là một khía cạnh cơ bản và quan trọng của tính liên tác vận chuyển.

Hình 4 - Mô hình ngăn xếp kết nối mạng giữa các hệ thống loT

Hình 5 - Mô hình ngăn xếp kết nối mạng trong hệ thống loT

Đề cập đến Mô hình Liên kết hệ thống mở (OSI) bảy tầng và “Internet vạn vật công nghiệp Quyển G5: Khung kết nối” [3], các tầng được định nghĩa như sau.

Mô hình Liên kết hệ thống mở (OSI) bảy tầng và mô hình Internet bốn tầng không nắm bắt tất cả các yêu cầu kết nối loT. Các hệ thống loT yêu cầu một mô hình tầng chức năng kết nối mới để giải quyết các thực thể loT. Điều 5.3 đề xuất mô hình ngăn xếp kết nối loT sử dụng mô hình OSI, mô hình Internet và Mô hình ngăn xếp kết nối Internet công nghiệp IIC làm tài liệu tham khảo.

Trong mô hình ngăn xếp kết nối loT này, tầng vật lý là tầng thấp nhất, đề cập đến việc trao đổi tín hiệu vật lý trên phương tiện vật lý (có dây hoặc không dây) kết nối các bên tham gia. Tầng liên kết đề cập đến việc trao đổi các khung sử dụng các giao thức báo hiệu trên liên kết vật lý được chia sẻ giữa các bên tham gia liền kề. Tầng mạng đề cập đến việc trao đổi các các gói, có thể định tuyến qua nhiều liên kết để giao tiếp giữa các bên tham gia. Tầng giao vận đề cập đến việc trao đổi thông điệp giữa các ứng dụng tham gia. Tầng khung đề cập đến việc trao đổi dữ liệu có cấu trúc (trạng thái, sự kiện, luồng) với chất lượng dịch vụ có thể định cấu hình giữa các ứng dụng tham gia. Bên trên tầng này, nhưng bên ngoài phạm vi kết nối, là tính liên tác ngữ nghĩa dữ liệu. Mỗi tầng xây dựng dựa trên các khả năng được cung cấp bởi tầng bên dưới. Bao gồm thông tin (dữ liệu trong nội dung), dữ liệu (trạng thái, sự kiện, luồng), thông điệp, gói, khung và bit. Tiêu chuẩn này đề cập đến các tầng giao diện Vận chuyển, Mạng, Liên kết và Vật lý. Tầng khung chứa phương diện Cú pháp của mô hình TCVN 13813-1 [1]. Bốn tầng có giá trị đối với phương diện “Vận chuyển” của mô hình TCVN 13813-1 [1]. Hai phần cú pháp và ngữ nghĩa nằm ngoài phạm vi của tiêu chuẩn này. Tiêu chuẩn này đề cập đến tầng giao diện vật lý, tầng liên kết, tầng mạng và tầng giao vận, là những cấu phần quan trọng của kết nối mạng. Đối với các hệ thống loT, kết nối bao gồm ba tầng chức năng.

• Tầng mạng kết nối phát triển các kết nối IP và phi IP và giúp ứng dụng loT trên quy mô lớn.

• Tầng giao vận kết nối cung cấp các phương tiện mang dữ liệu giữa các điểm cuối. Nó cung cấp tính liên tác đầu cuối giữa các thiết bị đầu cuối tham gia trao đổi dữ liệu.

• Tầng mô hình ngăn xếp kết nối tạo điều kiện thuận lợi cho cách dữ liệu được cấu trúc rõ ràng và được phân tích cú pháp bởi các điểm cuối.

6  Yêu cầu đối với kết nối mạng giữa các hệ thống loT

6.1  Tổng quan

Điều 6 mô tả các giao diện c-1 và các yêu cầu kết nối mạng đối với khả năng hoạt động giữa các hệ thống loT khác nhau, c-1 là một giao diện giữa hai hệ thống loT. Sự kết nối giữa các hệ thống loT khác nhau được mô tả trong Hình 6.

Điều 6 cũng đưa ra định nghĩa về các giao diện cụ thể giữa các hệ thống loT, bao gồm giao diện đồng bộ hóa thời gian mạng, giao diện dịch giao thức mạng, giao diện tài nguyên mạng, v.v...

Hình 6 - Kết nối giữa các hệ thống loT khác nhau

Để đạt được tính liên tác vận chuyển giữa các hệ thống loT khác nhau, các yêu cầu về tính liên tác liên quan cần được xem xét từ ba khía cạnh: dịch vụ, truyền thông và tài nguyên mạng, ở đây, ba yêu cầu về tính liên tác được thảo luận.

• Tính liên tác liên quan đến dịch vụ: đối với tính liên tác, giao diện do hệ thống loT 2 cung cấp cho hệ thống loT 1 phải phù hợp với giao diện được mong đợi bởi hệ thống loT 1 về cú pháp, ngữ nghĩa và hành vi.

• Tính liên tác liên quan đến truyền thông: các giao thức truyền thông quy định các tương tác giữa các thực thể truyền thông. Các mạng cần phải có các quy tắc về tính liên tác.

• Tính liên tác liên quan đến tài nguyên mạng: mạng cần cung cấp tài nguyên của các thuộc tính mạng cần được thống nhất, chẳng hạn như QoS, các kênh truyền thông, v.v...

Giao diện liên quan đến dịch vụ thực sự liên quan đến các tầng ngữ nghĩa và cú pháp trong mô hình ngăn xếp kết nối mạng. Giao diện liên quan đến truyền thông liên quan đến các tầng của giao diện vận chuyển, mạng, liên kết và vật lý. Và giao diện liên quan đến tài nguyên mạng liên quan đến tầng giao diện vật lý.

6.2  Giao diện mạng giữa các hệ thống loT khác nhau

6.2.1  Giao diện dịch vụ mạng

Giao diện dịch vụ mạng giữa các hệ thống loT khác nhau cung cấp khả năng hỗ trợ dịch vụ qua các hệ thống loT kết nối. Các dịch vụ có thể bao gồm thuê bao công khai, yêu cầu trả lời, khám phá, xử lý ngoại lệ.

Giao diện dịch vụ trả lời yêu cầu sẽ hỗ trợ mô hình trao đổi dữ liệu trả lời yêu cầu trong đó người yêu cầu khởi tạo một yêu cầu dịch vụ liên quan đến một điểm cuối đặc biệt sẽ hoạt động trong vai trò người trả lời.

Giao diện dịch vụ thuê bao công khai cung cấp khả năng hỗ trợ kiểu trao đổi dữ liệu liên quan đến một cặp điểm cuối. Một người xuất bản dữ liệu về một chủ đề nổi tiếng mà không liên quan đến người thuê bao, trong khi các bên khác thuê bao dữ liệu mà không liên quan đến người xuất bản.

Giao diện dịch vụ xử lý ngoại lệ cung cấp cách xử lý các ngoại lệ khỏi tất cả các hậu quả có thể phát sinh do kết nối bị ngắt kết nối hoặc gián đoạn, thay đổi cấu hình mạng, chất lượng dữ liệu của dịch vụ không được đáp ứng, điểm cuối từ xa hoặc lỗi thành phần, v.v...

Một giao diện dịch vụ khám phá sẽ hỗ trợ một cơ chế khám phá để tạo điều kiện thuận lợi cho việc thực hiện một quyết định thông minh hơn. Các mục tiêu được phát hiện có thể bao gồm các dịch vụ và chất lượng dịch vụ liên quan, các loại dữ liệu và các thực thể tham gia vào một quy trình dịch vụ cho kết nối mạng.

6.2.2  Giao diện dịch giao thức mạng

Giao diện dịch giao thức mạng giữa các hệ thống loT khác nhau cung cấp một cách thống nhất để dịch các giao thức mạng khác nhau. Giao diện dịch giao thức mạng cung cấp một hệ thống định dạng dữ liệu để biểu diễn các đối tượng dữ liệu dưới dạng cấu trúc để định dạng dữ liệu được truyền thông với các mạng khác qua hệ thống loT. Nó sẽ có khả năng quản lý sự phát triển của các kiểu dữ liệu và xác định định dạng dữ liệu được tuần tự hóa trong truyền thông và lưu trữ.

Trong khi đó, giao diện dịch giao thức mạng cung cấp một phương tiện để quản lý vòng đời của một đối tượng truyền thông. Bốn hoạt động quan trọng là tạo lập, đọc, cập nhật và xóa. Thuộc tính của đối tượng truyền thông phải cung cấp chức năng quản lý nhà nước để quản lý trạng thái lịch sử của đối tượng truyền thông. Hệ thống loT có thể có được trạng thái trong các khoảng thời gian khác nhau.

6.2.3  Giao diện tài nguyên mạng

Giao diện tài nguyên mạng cung cấp cách truy cập tài nguyên của các thuộc tính mạng cần được thống nhất. Đối tượng tài nguyên là một thực thể hoặc trình tóm tắt có ý nghĩa đặc biệt, chẳng hạn như QoS, các kênh truyền thông, v.v...

6.3  Các yêu cầu của kết nối mạng

6.3.1  Quy định chung

Các yêu cầu không chỉ là các yêu cầu chức năng mà còn là các yêu cầu phi chức năng của dịch vụ, giao thức, tài nguyên mạng, QoS phụ thuộc thời gian, băng thông, việc báo hiệu, giám sát trạng thái và bảo mật.

6.3.2  Yêu cầu liên quan đến dịch vụ

Giao diện dịch vụ mạng giữa các hệ thống loT khác nhau là vai trò quan trọng nhất để đảm bảo dịch vụ của một hệ thống loT đáp ứng các cam kết mức dịch vụ của nó đối với bất kỳ hệ thống loT cụ thể nào khác. Giao diện dịch vụ sẽ đóng gói tất cả các dịch vụ có sẵn được cung cấp bởi hệ thống loT.

Việc triển khai các giao diện dịch vụ có thể làm tăng thời gian trễ và giảm băng thông; do đó một sự đánh đổi sẽ được xem xét.

Giao diện dịch vụ thường có khả năng được xử lý bởi thiết bị cụ thể hơn các hệ thống loT khác. Việc thiết kế giao diện dịch vụ sẽ tách rời việc triển khai giao diện khỏi logic nghiệp vụ.

6.3.3  Yêu cầu liên quan đến truyền thông

Giao diện giao thức mạng giữa các hệ thống loT khác nhau sẽ đóng gói tất cả các phương diện của giao thức mạng được sử dụng để truyền thông qua các hệ thống loT. Việc triển khai truyền thông mạng có hợp đồng riêng với giao diện giao thức mạng và sẽ không phụ thuộc vào các chi tiết cụ thể của giao thức mạng.

Các giao diện giao thức mạng có thể được định cấu hình và tối ưu hóa cho các cấu hình hệ thống loT khác nhau theo băng thông, thời gian khứ hồi và kích thước tin nhắn tối đa.

6.3.4  Yêu cầu liên quan đến tài nguyên mạng

Hệ thống loT liên quan đến việc quản lý khối lượng lớn tài nguyên mạng. Đối với một hoạt động đặc biệt tại một thời điểm nhất định, tập hợp tài nguyên mạng sở thích thường là một tập con cụ thể của tài nguyên mạng và tập sở thích thay đổi theo thời gian. Đối với các hệ thống loT, rất mong muốn quy định một tập con tài nguyên mạng dựa trên nội dung được quan tâm, để tự động tối ưu hóa việc quản lý tài nguyên.

Các nhu cầu về tài nguyên mạng là khá khác nhau đối với hai thành phần kết nối trong một hệ thống loT. Ngoài ra, đối với một cấu phần cụ thể, các Điều tài nguyên mong muốn và tỷ lệ tài nguyên có thể thay đổi theo thời gian. Đối với các hệ thống loT, rất mong muốn quy định một tập hợp con tài nguyên mạng dựa trên thời gian được quan tâm bằng cách phân tích nhu cầu tốc độ tài nguyên mong muốn giữa các thành phần.

6.3.5  Yêu cầu QoS

Các hệ thống loT có yêu cầu khác nhau đối với QoS dữ liệu.

Từ phương diện phân phối dữ liệu, yêu cầu QoS bao gồm phân phối nỗ lực tối đa trong đó dữ liệu chỉ được phân phối một lần và phân phối đáng tin cậy trong đó dữ liệu được phân phối nhiều lần cho đến khi nhận được phản hồi.

Ngoài ra, yêu cầu bao gồm những điều sau đây.

• Tính kịp thời: mô tả khả năng của mạng kết nối trong việc đảm bảo các ràng buộc về thời gian giữa thiết bị và thiết bị.

• Thứ tự: mô tả khả năng của mạng kết nối để thể hiện dữ liệu theo thứ tự cụ thể.

• Độ bền: mô tả khả năng của mạng kết nối trong việc cung cấp dữ liệu trong vòng đời.

• Tuổi thọ: mô tả khả năng của mạng kết nối làm cho một số dữ liệu vô dụng hết hạn.

• Khả năng chịu lỗi: khả năng bảo vệ khỏi lỗi hoặc khả năng thích ứng của hệ thống để hoạt động bình thường giữa một số lỗi/bất thường trong thiết bị và mạng loT.

6.3.6  Yêu cầu băng thông

Băng thông được sử dụng để thể hiện khả năng phân phối dữ liệu qua mạng trên một đơn vị thời gian. Trong các trường hợp khác nhau, các yêu cầu về băng thông có thể rất khác nhau; ví dụ, trong trường hợp điều kiện tải lớn, các yêu cầu về băng thông khắt khe hơn so với trạng thái bình thường. Mạng kết nối phải có thể đảm bảo hiệu suất liên quan đến thời gian như độ trễ và chập chờn trong khi tăng yêu cầu băng thông. Do đó, trong các hệ thống loT, sự cân bằng giữa hiệu suất liên quan đến thời gian và yêu cầu băng thông sẽ được đánh giá cẩn thận.

6.3.7  Yêu cầu về báo hiệu

Đường truyền thông qua các hệ thống loT khác nhau có thể trải dài qua các tín hiệu vật lý khác nhau. Mạng kết nối phải có thể đáp ứng các yêu cầu báo hiệu để trải dài các mạng khác nhau. Đối với các hệ thống loT, cần hỗ trợ nhiều loại tín hiệu.

6.3.8  Yêu cầu theo dõi trạng thái

Giám sát trạng thái sẽ được xem xét cho các hệ thống loT để hỗ trợ các nhu cầu hoạt động của hệ thống. Có thể đạt được sự quản lý hơn nữa và thay thế năng động các phần tử kết nối bằng cách theo dõi các ưu điểm của chức năng kết nối, như sức khỏe, hiệu suất và các đặc điểm mức dịch vụ.

6.3.9  Yêu cầu an ninh

Các biện pháp bảo vệ thích hợp sẽ được xem xét cho từng kết nối mạng giữa các hệ thống loT khác nhau. Các kết nối mạng khác nhau có thể có các lựa chọn yêu cầu an ninh khác nhau. Yêu cầu an ninh cho mỗi kết nối mạng sẽ được xem xét theo yêu cầu ứng dụng riêng của nó.

Các chính sách an ninh điều chỉnh tất cả các loại biện pháp bảo vệ như một phần của chiến lược bảo vệ rộng lớn hơn. Các cơ chế an ninh sẽ cung cấp phương tiện để đảm bảo quản lý ủy quyền trao đổi dữ liệu, tính toàn vẹn và độ tin cậy của dữ liệu, mã hóa luồng dữ liệu nhạy cảm, khả năng ghi nhật ký và kiểm tra an toàn, v.v...

6.3.10  Yêu cầu phụ thuộc thời gian

Để đảm bảo tính hiệu quả của dữ liệu trong các mạng riêng biệt trên các hệ thống loT khác nhau, các thiết bị trong một mạng hoặc trên các hệ thống loT khác nhau phải duy trì tính nhất quán về thời gian. Điều này yêu cầu tất cả các thiết bị có thể thực hiện đồng bộ hóa thời gian thông qua giao diện.

Trong một số trường hợp, thời gian thực được yêu cầu đối với các hệ thống loT khác nhau, điều này quan tâm đến phản ứng xác định hơn là phản ứng nhanh.

7  Yêu cầu đối với kết nối mạng trong hệ thống loT

7.1  Tổng quan

Điều 7 xác định các giao diện và yêu cầu của mỗi mạng trong hệ thống loT và đạt được khả năng kết nối của các mạng trong hệ thống loT. Các thực thể loT truyền thông với nhau và các mạng kết nối chúng.

Điều 7 cũng đưa ra định nghĩa về giao diện mạng bên trong cụ thể, bao gồm giao diện đồng bộ hóa thời gian mạng, giao diện dịch giao thức mạng và giao diện tài nguyên mạng.

Các mạng chức năng trong hệ thống IoT đã được xác định, bao gồm mạng người dùng, mạng dịch vụ và mạng lân cận.

Hình 7 - Kết nối trong hệ thống loT

Hình 7 cho thấy các khái niệm về kết nối trong một hệ thống loT. Trong Hình 7, tương tác diễn ra giữa hai thực thể vật lý loT với sự hỗ trợ của bốn mạng, bao gồm mạng người dùng, mạng dịch vụ, mạng truy cập và mạng lân cận. Bằng cách này, hai thực thể vật lý có thể trao đổi thông tin để kết nối.

7.2  Các phần tử mạng hỗ trợ kết nối mạng

7.2.1  Giao diện dịch vụ mạng

Giao diện dịch vụ mạng giữa các mạng khác nhau trong một hệ thống loT cung cấp khả năng hỗ trợ dịch vụ qua các mạng kết nối. Các dịch vụ có thể bao gồm thuê bao công khai, trả lời yêu cầu, khám phá, xử lý ngoại lệ.

Giao diện dịch vụ trả lời yêu cầu sẽ hỗ trợ mô hình trao đổi dữ liệu trả lời yêu cầu trong đó người yêu cầu khởi tạo một yêu cầu dịch vụ liên quan đến một điểm cuối đặc biệt sẽ hoạt động trong vai trò người trả lời.

Giao diện dịch vụ thuê bao công khai cung cấp khả năng hỗ trợ kiểu trao đổi dữ liệu liên quan đến một cặp điểm cuối. Một người xuất bản dữ liệu về một chủ đề nổi tiếng mà không liên quan đến người thuê bao, trong khi người khác thuê bao dữ liệu mà không liên quan đến người xuất bản.

Giao diện dịch vụ xử lý ngoại lệ cung cấp cách xử lý ngoại lệ khỏi tất cả các hậu quả có thể phát sinh do kết nối bị ngắt kết nối hoặc gián đoạn, thay đổi cấu hình mạng, chất lượng dữ liệu của dịch vụ không được đáp ứng, điểm cuối từ xa hoặc lỗi thành phần, v.v...

Một giao diện dịch vụ khám phá sẽ hỗ trợ một cơ chế khám phá để tạo điều kiện thuận lợi cho việc thực hiện một quyết định thông minh hơn. Các Mục tiêu được phát hiện có thể bao gồm các dịch vụ và chất lượng dịch vụ liên quan, các loại dữ liệu và các thực thể tham gia vào một quy trình dịch vụ cho kết nối mạng.

7.2.2  Giao diện dịch giao thức mạng

Giao diện dịch giao thức mạng cung cấp một cách thống nhất để mô tả cú pháp dữ liệu để hai mạng có thể nhận ra tính liên tác cú pháp. Giao diện dịch giao thức mạng bao gồm định dạng dữ liệu, thuộc tính của đối tượng truyền thông và phương tiện truyền thông (nếu cần).

7.2.3  Giao diện tài nguyên mạng

Giao diện tài nguyên mạng cung cấp cách truy cập tài nguyên của các thuộc tính mạng cần được thống nhất. Đối tượng tài nguyên là một thực thể hoặc trình tóm tắt có ý nghĩa đặc biệt; chẳng hạn như QoS, các kênh truyền thông, v.v...

7.3  Các cổng kết nối hỗ trợ kết nối mạng

Cổng kết nối kết nối hai hoặc nhiều mạng trong một hệ thống loT để tạo thành các mạng phức tạp hơn và tham gia trao đổi thông tin với các mạng khác của hệ thống loT.

Các cổng tiêu chuẩn hóa được ưu tiên cho mục đích truyền thông giữa hai mạng với các tiêu chuẩn lõi kết nối khác nhau. Một cổng được tiêu chuẩn hóa như vậy có thể được coi là một cổng lõi.

Do các ưu tiên khác nhau về yêu cầu kỹ thuật, các đánh đổi và hệ sinh thái, các cổng khác nhau có thể được các hệ thống loT khác nhau áp dụng.

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] TCVN 13813-1 , Internet vạn vật (loT) - Tính liên tác cho các hệ thống loT - Phần 1: Khung liên tác;

[2] TCVN 13117:2020 (ISO/IEC 30141), Internet vạn vật (loT) - Kiến trúc tham chiếu;

[3] IIC:PUB:G5:V1.01:PB:20180228, The Industrial Internet of Things Volume G5: Connectivity Framework (Internet vạn vật công nghiệp Quyển G5: Khung kết nối).