Làm chủ công nghệ chế tạo thiết bị IoT Gateway tích hợp bảo mật

Nhóm kỹ sư, chuyên gia tại Trung tâm Nghiên cứu triển khai Khu Công nghệ cao (SHTPLABS) vừa nghiên cứu thành công một giải pháp toàn diện, qua đó mở ra hướng triển khai mới và hiệu quả hơn cho công tác quan trắc không khí, giám sát an ninh trong không gian đô thị, hoàn toàn phù hợp với nhiệm vụ xây dựng TPHCM trở thành thành phố thông minh, đô thị hiện đại với chất lượng cuộc sống tốt.

Trịnh Xuân Thắng, chủ nhiệm đề tài "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị IoT Gateway tích hợp giải pháp bảo mật trên nền tảng IoT ứng dụng thí điểm quan trắc chất lượng không khí tại Khu công nghệ cao Thành phố Hồ Chí Minh" cho biết mục tiêu của nhiệm vụ khoa học công nghệ được Sở KH&CN TPHCM giao cho Trung tâm Nghiên cứu triển khai Khu Công nghệ cao thực hiện là nhằm giải quyết bài toán thu thập dữ liệu môi trường bằng phương pháp quan trắc tự động không sử dụng mạng viễn thông trong phạm vi của Khu công nghệ cao TPHCM thông qua việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các thiết bị IoT Gateway, IoT Node và phần cứng mã hóa. Theo nhóm chuyên gia hệ thống sẵn sàng được chế tạo hàng loạt với số lượng lớn tại SHTPLABS để đạt mục tiêu lắp đặt ở nhiều địa điểm tại Thành phố Hồ Chí Minh trong tương lai.

Tháng 2/2020, nhóm triển khai lắp đặt các IoT Node tại một số vị trí có mật độ khí thải cao như cổng kiểm soát vào/ra, các nhà máy sản xuất…. trong Khu công nghệ cao TPHCM để tiến hành đo kiểm, đánh giá thực nghiệm hoạt động của hệ thống theo điều kiện môi trường và thời gian khác nhau.

Vị trí lắp đặt trạm và khoảng cách giữa trạm quan trắc đến Gateway (IoTGW_SHTPLABS)

Kết quả thử nghiệm thực tế cho kết quả tốt, các gói dữ liệu được truyền tải đầy đủ và đặc biệt là độ chính xác của thiết bị quan trắc đáp ứng tiêu chuẩn của ngành Khí tượng thuỷ văn. Các thiết bị IoTGW_SHTPLABS và IoTN_SHTPLABS đều đạt chứng nhận kiểm định TCVN của các đơn vị chức năng.

 Báo cáo tại buổi nghiệm thu được tổ chức hồi tháng 7/2021, đại diện nhóm nghiên cứu cho biết đã thiết kế và chế tạo thành công 5 bộ thiết bị IoT Gateway (IoTGW_SHTPLABS), 10 bộ thiết bị IoT node quan trắc 6 chỉ số trong không khí (IoTN_SHTPLABS) và 6 bộ phần cứng mã hóa bảo mật đường truyền (Scard_SHTPLABS). Cùng với đó là 01 nền tảng IoT mềm trên máy chủ, phần mềm ứng dụng quan trắc chất lượng không khí phục vụ lưu trữ, xử lý dữ liệu thu thập từ các thiết bị IoT Node mà không sử dụng mạng viễn thông GPRS/3G/4G.

 Thiết bị IoT Gateway (IoTGW_SHTPLABS)

Đặc biệt đề tài đã đưa ra “Phương pháp mã hoá, giải mã trên đường truyền từ máy chủ đến thiết bị cổng kết nối Internet vạn vật (IoTs – Internet of Things)”, phương pháp này có sử dụng thuật toán của Ban Cơ yếu Chính phủ, đây là một trong những điểm khác biệt và là ưu điểm giữa thiết bị ngoại nhập và thiết bị được làm chủ từ thiết kế đến chế tạo tại Việt Nam. Phương pháp này đã được đăng ký quyền sáng chế tại Cục SHTT vào tháng 09/2020.

Thiết bị IoT Node - IoTN_SHTPLABS (trái) và Phần cứng mã hóa bảo mật đường truyền (phải)

Trong quá trình nghiên cứu, TS. Trịnh Xuân Thắng cùng các cộng sự đã có bài báo khoa học Hybrid Model In The Block Cipher Applications For High-Speed Communications Networks đăng trên Tạp chí  International Journal of Computer Networks & Communications (IJCNC), đồng thời hoàn thành đào tào một thạc sỹ chuyên ngành hệ thống thông tin với luận văn Nghiên cứu phương pháp sinh số ngẫu nhiên thực bằng phần mềm cho an toàn thông tin.

Các ứng dụng thông minh trên nền tảng IoT

Trịnh Xuân Thắng cho biết, kết quả của nhiệm vụ nghiên cứu khoa học mà nhóm thực hiện vừa hoàn thành có thể được sử dụng làm nền tảng công nghệ cho các giải pháp chuyên ngành trên nền tảng IoT sử dụng các công nghệ truyền thông LoRaWan. Tổng thể giải pháp hiện nay đó là có thể được sử dụng trong việc giám sát công nhân/nhân viên theo tiêu chí 3 tại chỗ của các doanh nghiệp trong Khu chế xuất, Khu công nghệ cao trong giai đoạn phòng chống Covid19 của Thành phố. Theo đó các công nhân sẽ được đeo cảm biến giao tiếp với IoT Node được bố trí theo các Zone (khu vực sản xuất, ăn uống, nghỉ ngơi) và truyền thông tin về Gateway dữ liệu được mã hoá gửi về Server của Doanh nghiệp.

Ngoài ra, hướng phát triển tiếp theo của đề tài TS. Trịnh Xuân Thắng cho rằng hoàn toàn có thể triển khai xây dựng một mạng lưới các trạm quan trắc chất lượng không khí thông minh trong đô thị (vài trạm/km, mỗi trạm sử dụng những cảm biến nhỏ gọn đo trong phạm vi quan trắc bán kính 1 mét) và áp dụng thuật toán mô hình hóa lan truyền thì quá trình đo lường chất lượng không khí sẽ chính xác và tự động (> 5 phút/lần) làm cho dữ liệu quan trắc chất lượng không khí sẽ dày hơn cơ sở dữ liệu hiện có. Mặt khác với chi phí đầu tư thấp hơn 3-5 lần so với thiết bị tương tự nhập từ nước ngoài và thấp hơn 10 lần so với phương pháp truyền thống (trạm truyền thống) thì mô hình các trạm IoT Node được bố trí thành mạng xung quanh trạm truyền thống (trạm chuẩn) hiện nay là mô hình trên thế giới khuyến nghị nên sử dụng với mục tiêu không phải là để thay thế các phương pháp đo chất lượng không khí truyền thống mà sử dụng để bổ sung và làm dày hơn cơ sở dữ liệu hiện có.

Có thể thấy rằng, với việc làm chủ công nghệ thiết kế mạch điện tử tốc độ cao (từ 6 lớp trở lên) của các sản phẩm IoT, làm chủ và tích hợp thuật toán bảo mật thì quá trình vận hành các thiết bị IoT sẽ được đảm bảo về yếu tố an ninh quốc phòng, tránh phụ thuộc vào nước ngoài, là cơ sở nền tảng để phát triển Thành phố thông minh trong tương lai.

"Hơn thế, việc nắm giữ công nghệ còn cho phép phát triển thêm nhiều sản phẩm công nghệ cao, ứng dụng IoT phục vụ phát triển đô thị thông minh, nhà thông minh, nông nghiệp công nghệ cao", đại diện nhóm thực hiện đề tài khẳng định.

Đề xuất về triển khai giải pháp trong thực tế, TS. Trịnh Xuân Thắng cho rằng hoàn toàn có thể xây dựng một hệ thống trạm (vài trạm/km, mỗi trạm sử dụng những cảm biến nhỏ gọn đo trong phạm vi quan trắc bán kính 1 mét) và áp dụng mô hình hóa thì quá trình đo lường chất lượng không khí rõ ràng sẽ chính xác hơn, trong khi không tốn nhiều chi phí bởi Thành phố đã làm chủ công nghệ và quy trình sản xuất phần cứng, sử dụng phần mềm tự lập trình.

Cũng theo TS. Trịnh Xuân Thắng, các hệ thống quan trắc chất lượng không khí như kết quả của đề tài giúp tạo thêm một cơ sở để bổ sung và làm dày hơn cơ sở dữ liệu quan trắc môi trường hiện có của Thành phố, và cũng rất hữu ích trong việc giải quyết giảm thiểu ô nhiễm không khí. Đặc biệt, với tính cơ động và khả năng sản xuất trong nước, giải pháp có thể nhanh chóng được đưa vào sản xuất hàng loạt, đáp ứng ngay vào thực tiễn nhu cầu của TP.HCM hiện nay.