IoT Gateway (cổng kết nối IoT) là một thiết bị vật lý hoặc chương trình phần mềm đóng vai trò là điểm kết nối giữa Cloud và các thiết bị IoT, chẳng hạn như bộ điều khiển, cảm biến và thiết bị thông minh. IoT được sử dụng trong doanh nghiệp và ngành công nghiệp, đồng thời cũng có mặt trong các sản phẩm tiêu dùng. IoT Gateway hoạt động như một trung tâm, kết nối các thiết bị IoT với Cloud. Các tổ chức có thể sử dụng cổng kết nối để kết nối các thiết bị IoT nhằm xử lý dữ liệu cũng như giám sát và quản lý các thiết bị này.

Tất cả dữ liệu di chuyển giữa các thiết bị được kết nối IoT và Cloud đều đi qua IoT Gateway, có thể là thiết bị phần cứng chuyên dụng hoặc một ứng dụng. IoT Gateway cũng có thể được gọi là cổng kết nối thông minh hoặc lớp điều khiển.

Vai trò của Iot Gateway trong hệ sinh thái IoT

Một IoT Gateway hoạt động như một bộ định tuyến mạng, định tuyến dữ liệu giữa các thiết bị IoT và Cloud. Ban đầu, hầu hết các thiết bị cổng kết nối chỉ gửi lưu lượng theo một hướng: từ thiết bị IoT lên Cloud. Hiện nay, các thiết bị cổng kết nối thường xử lý cả lưu lượng truy cập đến và đi. Luồng truy cập đi được sử dụng để gửi dữ liệu IoT lên Cloud, trong khi luồng truy cập đến được sử dụng cho các tác vụ quản lý thiết bị, chẳng hạn như cập nhật firmware.

Một số IoT Gateway không chỉ định tuyến lưu lượng mà còn có thể xử lý trước dữ liệu cục bộ tại biên trước khi gửi nó lên Cloud. Khi thực hiện việc này, thiết bị có thể loại bỏ trùng lặp, tóm tắt hoặc tổng hợp dữ liệu như một cách để giảm khối lượng dữ liệu phải chuyển tiếp lên Cloud. Điều này có thể cải thiện thời gian phản hồi và giảm chi phí truyền tải mạng.

IoT Gateway hoạt động như thế nào?

Một IoT Gateway đơn giản hoạt động tương tự như một bộ định tuyến Wi-Fi. Hệ thống IoT kết nối với cổng kết nối bằng kết nối Wi-Fi và cổng kết nối sẽ định tuyến dữ liệu thiết bị IoT đến Cloud. Tuy nhiên, thông thường, IoT Gateway phức tạp hơn nhiều.

Kiến trúc IoT được chia thành bốn lớp: lớp cảm biến, lớp mạng hoặc lớp thu thập dữ liệu, lớp tiền xử lý dữ liệu và lớp phân tích hoặc ứng dụng Cloud. Lớp cảm biến là nơi các thiết bị IoT hoạt động. Lớp mạng là nơi dữ liệu được tổng hợp từ nhiều nguồn khác nhau và được gửi an toàn đến các hệ thống xử lý. Lớp tiền xử lý dữ liệu là nơi thực hiện phân tích dữ liệu cơ bản để giảm khối lượng dữ liệu. Lớp phân tích Cloud là nơi thực hiện phân tích dữ liệu chuyên sâu hơn.

Một lý do khiến IoT Gateway có xu hướng phức tạp hơn bộ định tuyến Wi-Fi là do các thiết bị IoT sử dụng nhiều giao thức khác nhau. Các giao thức này bao gồm Z-Wave, BACnet, Bluetooth Low Energy và Zigbee. Do đó, IoT Gateway có thể cần hỗ trợ nhiều giao thức khác nhau để phục vụ tất cả các thiết bị điện tử trong một tổ chức.

Ngoài việc hỗ trợ các giao thức này, cổng kết nối phải có khả năng định tuyến từng loại lưu lượng truy cập IoT đến đích thích hợp. Dữ liệu từ một bộ cảm biến công nghiệp có thể cần được gửi đến một cơ sở dữ liệu trên Cloud Amazon Web Services, trong khi dữ liệu từ cảm biến an ninh tòa nhà có thể cần được chuyển đến một nhà cung cấp SaaS vận hành cổng bảo mật dựa trên Cloud.

Một lý do khác khiến IoT Gateway có thể phức tạp hơn bộ định tuyến Wi-Fi là do IoT Gateway có thể cần lưu trữ cục bộ dữ liệu trong trường hợp kết nối internet bị lỗi hoặc cổng kết nối bị quá tải dữ liệu.

Ngoài ra, IoT Gateway thường hỗ trợ cụm dự phòng, hoặc khả năng mở rộng quy mô để hỗ trợ khối lượng công việc ngày càng lớn.

IoT Gateway, điện toán biên và bảo mật

Một số thiết bị IoT tạo ra lượng dữ liệu khổng lồ. Đây có thể là vấn đề nếu một tổ chức có nhiều thiết bị trong hệ sinh thái IoT của mình và cố gắng gửi dữ liệu từ tất cả các thiết bị đó lên Cloud. Các thiết bị IoT có thể làm cạn kiệt băng thông internet sẵn có của tổ chức trong khi cũng phát sinh chi phí lưu trữ Cloud lớn.

Một cách để tránh những vấn đề này là sử dụng điện toán biên (edge computing) cho một số xử lý dữ liệu cần thiết. Phương pháp này giảm thiểu khối lượng dữ liệu phải được gửi đến Cloud, từ đó giúp giảm chi phí và tiêu hao băng thông.

Hãy tưởng tượng rằng một tổ chức có một bộ sưu tập camera an ninh được hỗ trợ IP, tất cả đều truyền dữ liệu thời gian thực. Sẽ không hợp lý khi gửi tất cả cảnh quay an ninh thô lên Cloud để xử lý dữ liệu. Điều này đặc biệt đúng nếu một số camera chủ yếu giám sát các khu vực không có người ở.

Thay vì tải lên tất cả cảnh quay an ninh theo thời gian thực, hiệu quả hơn là xử lý cảnh quay video tại biên. Thiết bị biên có thể phân biệt giữa cảnh quay an ninh không quan trọng - chẳng hạn như video về một căn phòng trống - và cảnh quay mà tổ chức coi là đáng lưu giữ. Thiết bị biên có thể lấy cảnh quay cần được xem xét và gửi nó đến thiết bị cổng kết nối, thiết bị này tải dữ liệu lên Cloud.

IoT cũng đi kèm với một số rủi ro bảo mật, vì nó làm tăng diện tích tấn công của tổ chức. Xử lý dữ liệu IoT trên thiết bị biên - cùng một quy trình giúp giảm khối lượng dữ liệu được gửi đến Cloud - cũng có nghĩa là lượng dữ liệu được gửi qua cổng kết nối bị hạn chế.

Mặc dù chúng đang được cải tiến, nhưng các thiết bị IoT có thể không an toàn. Ví dụ: vào năm 2020, một lỗ hổng được gọi là Ripple20 đã được phát hiện trong thư viện TCP/IP được sử dụng bởi hàng triệu thiết bị IoT, khiến các thiết bị đó dễ bị tấn công.

IoT Gateway phải nằm giữa các thiết bị IoT và internet cũng như có các chức năng bảo mật tích hợp. Các chức năng này, chẳng hạn như phát hiện giả mạo, mã hóa và tạo số ngẫu nhiên phần cứng, nên bảo vệ các thiết bị IoT khỏi bị tấn công. Ví dụ: cổng kết nối unidirectional có thể bảo vệ các thiết bị cũ không thể bảo mật từ xa bằng cách chỉ cho phép dữ liệu di chuyển theo một hướng. Tương tự, công nghệ lọc cổng kết nối có thể giám sát, quản lý và bảo mật truyền dữ liệu thông qua lưu lượng truy cập được xác thực bằng cách sử dụng lọc gói hoặc lọc tín hiệu mạng vật lý.

Để cải thiện hơn nữa bảo mật IoT Gateway, các tổ chức có thể thực hiện những việc sau:

• Chỉ sử dụng IoT Gateway được xác thực.
• Thực hiện đánh giá bảo mật trước khi triển khai.
• Giữ phần mềm cổng kết nối cập nhật.
• Xem xét lại quyền truy cập cổng kết nối thường xuyên.
• Bao gồm cổng kết nối trong các đợt kiểm tra bảo mật.
• Sử dụng mạng riêng biệt cho các Cổng kết nối và thiết bị IoT.

IoT Gateway rất quan trọng để quản lý và bảo mật các thiết bị IoT và chúng cũng có thể giúp tổ chức giảm tiêu hao băng thông internet liên quan đến IoT.