Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu anten mảng và ứng dụng trong hệ thống internet vạn vật

Chia sẻ: Sơ Dương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:75

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu anten mảng và ứng dụng trong hệ thống internet vạn vật" nghiên cứu về các loại anten mảng, các đặc điểm cấu tạo của chúng, và những ứng dụng của các loại anten đó trong cuộc sống thực tiễn. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu anten mảng và ứng dụng trong hệ thống internet vạn vật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ----------------------- PHẠM VĂN HIẾU NGHIÊN CỨU ANTEN MẢNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG INTERNET VẠN VẬT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Hà Nội – 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ----------------------- PHẠM VĂN HIẾU NGHIÊN CỨU ANTEN MẢNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG INTERNET VẠN VẬT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS.NGUYỄN THÀNH CHUYÊN Hà Nội - 2019
LỜI CAM ĐOAN Tôi là Phạm Văn Hiếu, mã số học viên CA170269. Người hướng dẫn là TS. Nguyễn Thành Chuyên. Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong luận văn Nghiên cứu anten mảng và ứng dụng trong hệ thống Internet vạn vật là kết quả quá trình tìm hiểu và nghiên cứu của tôi. Các dữ liệu được nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực, phản ánh đúng kết quả đo đạc thực tế. Mọi thông tin trích dẫn đều tuân thủ các quy định về sở hữu trí tuệ; các tài liệu tham khảo được liệt kê rõ ràng. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội dung được viết trong luận văn này. Hà nội, ngày tháng năm 2019 Người cam đoan Phạm Văn Hiếu i
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... I MỤC LỤC .................................................................................................................. II DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU ..................................................................... V DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................VI DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT....................................................... VII LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ IOT ......................................................................... 2 1.1 Khái niệm..........................................................................................................2 1.2 Thuật ngữ ..........................................................................................................6 1.3 Lịch sử ..............................................................................................................7 1.4 Khả năng định danh độc nhất ...........................................................................9 1.5 Xu hướng và tính chất ....................................................................................10 1.6 Kiến trúc dựa trên sự kiện............................................................................... 11 1.7 Là một hệ thống phức tạp ...............................................................................12 1.8 Kích thước ......................................................................................................12 1.9 Vấn đề không gian, thời gian ..........................................................................13 1.10 Luồng năng lượng mới .................................................................................14 1.11 Các hệ thống phụ ..........................................................................................16 1.12 Ứng dụng ......................................................................................................17 1.13 Quản lý hạ tầng .............................................................................................17 1.14 Y tế. ...............................................................................................................18 1.15 Tự động hoá các toà nhà. ..............................................................................18 1.16 Kết luận .........................................................................................................18 ii
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU CÁC DẠNG ANTEN MẢNG VÀ ỨNG DỤNG ..... 20 2.1 Kiến thức cơ bản về anten mảng ....................................................................20 2.2 Anten mảng tuyến tính ....................................................................................21 2.2.1 Anten mảng hai phần tử................................................................................. 22 2.2.2 Anten mảng tuyến tính N phần tử đồng dạng ............................................. 24 2.2.3 Anten mảng có trọng số và anten mảng lái búp ......................................... 27 2.2.4 Anten mảng vòng ........................................................................................... 28 2.2.5 Anten mảng vòng lái búp .............................................................................. 29 2.2.6 Anten mảng phẳng hình chữ nhật. ............................................................... 31 2.2.7 Anten mảng búp cố định ............................................................................... 31 2.2.8 Anten mảng hướng Retro .............................................................................. 32 2.3 Ứng dụng của anten mảng ..............................................................................35 2.3.1 Hệ thống Radar ............................................................................................... 35 2.3.2 Máy đo phóng xạ............................................................................................ 36 2.3.3 Làm nóng bằng điện từ trường. .................................................................... 37 2.4 Kết luận ...........................................................................................................38 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA ANTEN ..................................... 39 MẢNG HÌNH NHẪN TRONG IOT......................................................................... 39 3.1 Nhẫn theo dõi sức khoẻ ..................................................................................39 3.1.1 Giới thiệu ......................................................................................................... 39 3.1.2 Thiết kế của anten mảng. .............................................................................. 41 3.1.3 Khả năng hoạt động ở trong không gian mở .............................................. 42 3.1.4 Ảnh hưởng của người dùng. ......................................................................... 46 3.1.5 Hệ số phản xạ ................................................................................................. 47 iii
3.1.6 Các mẫu quét và hiệu quả bao phủ. ............................................................. 49 3.1.7 Mật độ tổn hao năng lượng. .......................................................................... 52 3.1.8 Kết luận ........................................................................................................... 53 3.1.9 Ứng dụng của nhẫn trong IoT. ...................................................................... 54 3.2 Nhẫn cảm biến ................................................................................................56 3.2.1 Giới thiệu ......................................................................................................... 56 3.2.2 Thiết kế và cấu trúc của anten. ..................................................................... 57 3.2.3 Khả năng hoạt động. ...................................................................................... 61 3.3 Kết luận ...........................................................................................................63 KẾT LUẬN ............................................................................................................... 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 66 iv
DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Hai anten dipole cực nhỏ ....................................................................................22 Hình 2.2 (a) Đồ thị bức xạ Dipole (b) Đồ thị bức xạ anten mảng (c) Đồ thị bức xạ tổng .............................................................................................................................................23 Hình 2.3 Anten mảng truyến tính N phần tử.....................................................................24 Hình 2.4 Anten mảng broadside 4 phần tử với và và d = 0.25 , 0.5 và 0.75 .26 Hình 2.5 Anten mảng end-fire 4 phần tử với và và d = 0.25 , 0.5 và 0.75 . .............................................................................................................................................27 Hình 2.6 Mảng trọng số Kaiser-Bessel đã lái búp. ...........................................................28 Hình 2.7 Anten mảng vòng N phần tử ..............................................................................29 Hình 2.8 Đồ thị mặt trước AF của anten mảng vòng lái búp ( ...29 Hình 2.9 Đồ thị AF 3-D của anten mảng vòng lái búp ( ..............30 Hình 2.10 Anten mảng phẳng vuông NxM.......................................................................31 Hình 2.11 Tia 3 búp tạo bởi một anten mảng phẳng 16x16.............................................32 Hình 2.12 Anten mảng có hướng Retro và hiệu ứng đa đường .......................................33 Hình 2.13 Anten mảng có hướng Retro ............................................................................34 Hình 2.14 Liên hợp pha trong quá trình trộn Heterodin. .................................................35 Hình 3.1 Thiết kế của anten mảng từng giai đoạn ở trong (a) 3D, (b) mặt phẳng xy và (c) mặt phẳng xz. ................................................................................................................42 Hình 3.2 Hệ số phản xạ của các phần tử anten mảng trong nhẫn. ..................................43 v
Hình 3.3 ϕ/độ với dB tại =900. ........................................................................................44 Hình 3.4 Tổng các mẫu quét của mảng anten được đề xuất ............................................45 Hình 3.5 Các mẫu chuyển tia của mảng anten được đề xuất. ..........................................45 Hình 3.6 Hệ số bao phủ của mảng anten trong không gian mở. .....................................46 Hình 3.7 (a) ngón trỏ. (b) ngón giữa. (c) ngón áp út ........................................................47 Hình 3.8 Các hệ số phản xạ của tất cả các phần tử anten ................................................48 ở trong setup (a), (b) và (c). ...............................................................................................48 Hình 3.9 Tổng các mẫu quét của mảng anten được đề xuất cho (a) setup 1, (b) setup 2, (c) setup 3. ...........................................................................................................................50 Hình 3.10 Đồ thị của (a) hệ số bao phủ của anten, (b) kết quảmật độ tổn hao năng lượng được mô phỏng, được thể hiện ở trên mô hình bàn tay 3D, và (c) mật độ tổn hao năng lượng tối đa của mảng anten ở trong 3 setup với tay người dùng. .........................52 Hình 3.11 Cơ chế đo nhịp tim ............................................................................................55 Hình 3.12 Mặt trên của chiếc anten nhẫn..........................................................................58 Hình 3.13 Mặt cắt của chiếc nhẫn .....................................................................................59 Hình 3.14 Phía bên cạnh và các kích thước của chiếc nhẫn vàng ...................................60 Hình 3.15 Hình ảnh 3D của chiếc nhẫn. ...........................................................................60 Hình 3.16 Hệ số tổn hao ngược của anten. .......................................................................61 Hình 3.17 Đồ thị bức xạ của anten tại mặt phẳng ϕ = 00 và ϕ = 900 ...............................62 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Khả năng hoạt động của anten ở tần số 5GHz...........................................63 vi
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Thuật ngữ viết tắt Thuật ngữ tiếng Anh Thuật ngữ tiếng Việt IoT Internet of Things Internet vạn vật RFID Radio-Frequency Identification Định danh tần số vô tuyến DBF Digital Beamforming Định dạng búp sóng số EMF Electromotive Force Lực điện động vii
LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, khi công nghệ càng phát triển, thì nhu cầu trao đổi thông tin giữa con người với máy móc, cũng như là giữa các máy móc với nhau ngày càng tăng cao. Do đó, việc hình thành một mạng thông tin liên kết giữa các máy móc với máy móc và với con người là điều tất yếu của sự phát triển. Một mạng kết nối như thế được gọi là một mạng IoT, Internet of Things, mạng vạn vật kết nối Internet. Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng IoT sẽ có muôn vàn những ứng dụng thiết thực vào trong cuộc sống của chúng ta, và việc nghiên cứu những công nghệ để có thể biến mạng IoT trở thành hiện thực là một nhu cầu vô cùng cấp bách hiện nay. Cũng chính từ thực tế này, nên luận văn tốt nghiệp này nghiên về lĩnh vực IoT, những định nghĩa, những đặc điểm và những ứng dụng của nó. Ngoài ra,luận văn tôi nghiên cứu về các loại anten mảng, các đặc điểm cấu tạo của chúng, và những ứng dụng của các loại anten đó trong cuộc sống thực tiễn. Cuối cùng luận văn tìm hiếu cấu tạo, cũng như là về cơ chế hoạt động của một chiếc nhẫn thông minh được sử dụng ở trong công nghệ IoT. . 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ IOT Trong Chương 1, luận văn trình bày khái niệm về IoT, về lịch sử ra đời, các thuật ngữ khác nhau được dùng ở trong IoT, những đặc điểm của mạng IoT, và về những ứng dụng của mạng IoT ở trong các lĩnh vực quan trọng của cuộc sống như là y tế, xây dựng, và các ứng dụng của IoT trong việc quản lý các tài nguyên mạng nói chung 1.1 Khái niệm Internet of Thing, hay còn được viết tắt là IoT, được dịch ra tiếng Việt là Mạng luới vạn vật kết nối Internet là một khái niệm mới xuất hiện trong những năm gần đây. Đây là là một mạng liên kết, trong đó các thiết bị sẽ được lắp đặt các bộ phận cảm biến, thu phát để có thể truyền dữ liệu đến cho các thiết bị khác, từ đó tất cả các thiết bị sẽ có được sự hoạt động thống nhất với nhau. Các thiết bị, các toà nhà, và các thiết bị đeo được, sẽ được lắp đặt thêm các bộ phận điện tử khác, ví dụ như cảm biến, cơ cấu vận hành, phần mềm xử lý, cùng với khả năng kết nối với mạng internet, giúp các thiết bị này có thể thu thập dữ liệu và truyền tải cho các thiết bị khác cùng xử lý. Hình.1. Mạng lưới vạn vật kết nối Internet 2
Vào năm 2013, tổ chức Global Standards Initiative on Internet of Things (IoT-GSI), tạm dịch là tổ chức sáng kiến toàn cầu về mạng kết nối vạn vật, đã định nghĩa IoT là hạ tầng cơ sở toàn cầu phục vụ cho xã hội thông tin, hỗ trợ các dịch vụ điện toán đám mây chuyên sâu, thông qua các vật thể thực hoặc là vật thể ảo. Chúng được kết nối với nhau nhờ vào công nghệ thông tin và kết nối, truyền thông tin cho nhau thông qua các bộ phận tích hợp, và với tiêu chí như vậy, thì một vật được xem là trong mạng kết nối vạn vật, nếu vật đó có thể được định dạng và có thể được điều khiển từ xa thông qua hệ thống mạng hiện có, tạo điều kiện giúp cho thế giới thực tế được kết nối với nhau một cách trực tiếp hơn thông qua hệ thống điện toán đám mây. Điều này dẫn đến kết quả là hiệu năng, độ chắc chắn, và lợi ích về kinh tế mà những vật thể mang lại sẽ tăng lên, đồng thời sẽ giảm thiểu được sự can dự của con người. Khi hệ thống mạng vạn vật kết nối được trang bị thêm hệ thống cảm biến và thêm các cơ chế vận hành, hệ thống này trở thành một hình thức của hệ thống kết hợp giữa ảo và thực, với tính tổng quan cao hơn do kết nối được nhiều vật thể hơn. Công nghệ mạng lưới này bao trùm những công nghệ như điện toán đám mây thông mình, nhà máy ảo, smart home, giao thông thông minh, thành phố thông minh, bãi đỗ xe thông minh,... Mỗi một vật thể được nhận dạng một cách riêng biệt trong hệ thống điện toán đám mây nhúng, và có khả năng kết nối và phối hợp với nhau trong cùng một hệ thống Internet hiện có. Các chuyên gia hàng đầu trong ngành nhận định là mạng lưới vạn vật kết nối sẽ bao phủ khoảng 30 tỉ vật trước năm 2020. Nói một cách chi tiết hơn, hệ thống mạng vạn vật kết nối cung cấp cho các thiết bị một phương thức kết nối chuyên sâu về mặt hệ thống và dịch vụ. Kết nối 3
này được nhận định là có nhiều hơn rất nhiều những ưu điểm so với kiểu truyền tải từ máy sang máy trước đây. Đồng thời, đa số các dạng tên miền, ứng dụng và các dạng giao thức ở trên mạng internet sẽ đều được mạng lưới vạn vật kết nối này hỗ trợ. Sự kết nối giữa muôn vàn các thiết bị với nhau này hứa hẹn sẽ mở ra được một kỷ nguyên mới, kỷ nguyên của sự tự động hoá trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống, từ việc ứng dụng trong việc chế tạo các mạng lưới thông minh, đến việc chế tạo các hệ thống thông minh như là thành phố thông minh, bãi đỗ xe thông minh, nhà hàng thông minh,... Mạng vạn vật kết nối là một viễn cảnh của thế giới, trong đó mỗi đồ vật, mỗi một con người sẽ mang cho mình một định dạng, danh tính riêng, và tất cả sẽ được kết nối với nhau trong cùng một mạng lưới. Mỗi một định danh, một sự vật sẽ có khả năng truyền tải và trao đổi thông tin, dữ liệu với nhau thông qua một mạng dữ liệu duy nhất mà không cần đến sự can thiệp của con người để có thể thực hiện việc đó. Mạng vạn vật kết nối đã được hội tụ và phát triển lên nhờ sự phát triển của công nghệ không dây, các loại công nghệ vi mô, cũng như là sự mở rộng của internet. Nói một cách đơn giản thì mạng vạn vật kết nối đó chính là một tập hợp các vật có khả năng kết nối và truyền dữ liệu với nhau, ngoài ra những vật trên có khả năng tương tác với thế giới bên ngoài để có thể thực hiện một nhiệm vụ nào đó. Một vật nằm trong hệ thống vạn vật kết nối có thể là trái tim nhân tạo đang hoạt động trong một bệnh nhân, cũng có thể là một con chó ở trong một trang trại được đeo một bộ chip nhỏ xíu ở dưới da, hoặc cũng có thể là một chiếc xe ô tô được tích hợp bộ định vị và có thể cảnh báo tài xế khi cảm biến phát hiện bánh xe bị xì lốp, 4
hoặc là bất kỳ một vật thể nhân tạo hoặc trong thiên nhiên nào mà được gắn một định danh và có khả năng truyền tải thông tin thông qua mạng lưới vạn vật kết nối. Cho đến thời điểm hiện nay, mạng vạn vật kết nối đang dừng lại ở mức kêt nối giữa máy với máy, thường được áp dụng trong các ngành sản xuất, công nghiệp sản xuất năng lượng, lọc dầu,... Với khả năng tích hợp các bộ cảm biến, vi điều khiển trong các hệ thống máy với máy, được xem là những hệ thống thông minh, và đang ngày càng được nghiên cứu để mở rộng ra nhiều hơn những hệ thống thông minh khác. Với sự hỗ trợ của các công nghệ hiện nay, các thiết bị đã được gắn các bộ cảm biến để thu nhận thông tin từ thế giới bên ngoài, rồi sau đó sẽ tự động truyền gửi thông tin đó đến các thiết bị khác. Các ví dụ hiện đang có trên thị trường đó chính là nhà thông minh được trang bị các tính năng như tự động đóng rèm, tự động bật lò sưởi nếu nhiệt độ xuống thấp, hệ thống đo đạc và thông gió, hệ thống điều chỉnh không khí, các thiết bị sấy, giặt quần áo được kết nối, máy lọc không khí, các loại tủ lạnh có sử dụng wifi để người sử dụng có thể điều khiển từ nơi khác khi cần thiết. Sau này, khi được triển khai đến mức tự động hoá, thì mạng vạn vật kết nối sẽ được áp dụng đại trà ở trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Khi đó, mạng vạn vật kết nối sẽ hứa hẹn là sẽ tạo ra được một lượng khổng lồ các loại dữ liệu từ đa dạng các nguồn, dẫn đến là sự đòi hỏi một tốc độ truyền dữ liệu nhanh, một bộ lưu trữ khổng lồ, một hệ thống các cách đánh chỉ mục, xử lý các dạng dữ liệu này một cách thông minh hơn. Mạng vạn vật kết nối đang là một trong những cốt lõi quan trọng nhất của việc phát triển thành phố thông minh và các hệ thống quản lý năng lượng thông minh. 5
Khái niệm Mạng vạn vật kết nối lần đầu tiên được ra mắt thế giới nhờ Kevin Ashton, người lúc đó đang làm việc tại Proter và Gamble, sau đó được đổi tên thành công ty MIT’s Auto-ID. Ông giới thiệu khái niệm này với thế giới vào năm 1999.[1] 1.2 Thuật ngữ Thuật ngữ mạng vạn vật kết nối ( Internet of Things, IoT), là một khái niệm để chỉ một mạng lưới gồm rất nhiều những thiết bị có khả năng nhận biết, cũng như là trao đổi thông tin đến các sự vật khác trong mạng lưới. Cụm từ này được đưa ra bởi ngài Kevin Ashton vào năm 1999. Ông là người đã sáng lập ra trung tâm Auto-ID. Đây là một địa điểm nổi tiếng thế giới, nơi đã nghiên cứu và đưa ra những quy chuẩn toàn cầu dành cho RFID, một phương thức giao tiếp không dây được áp dụng với sóng radio, cũng như một số cảm biến khác. Sau khi được ông đưa ra thế giới vào năm 1999, thì khái niệm mạng vạn vật kết nối đã dần dần được dùng nhiều hơn bởi các nhà phân tích và các hãng sản xuất điện tử. Vạn vật ở đây có thể được hiểu theo nhiều nghĩa. Đó có thể là một máy theo dõi nhịp tim và gửi dữ liệu cho các thiết bị khác. Đó có thể là một con gia súc được gắn chip sinh học để theo dõi sức khoẻ và gửi dữ liệu về mạng thông tin của trang trại đó. Hoặc đó cũng có thể là một chiếc xe hơi với cảm biến về lượng hơi còn lại ở trong lốp xe, và báo lại cho người sử dụng biết. Hoặc đó cũng có thể là một thiết bị phân tích gen để quan sát môi trường, thức ăn, mầm bệnh của môi trường xung quanh. Hoặc cũng có thể là một thiết bị chuyên dụng để hỗ trợ đội chữa cháy trong hoạt động phát hiện ra người gặp nạn và giải cứu. 6
Các chuyên gia trong ngành gợi ý là có thể coi Vạn Vật ở đây nên là một tổng thể được kết hợp hài hoà giữa phần cứng, phần mềm, các loại dữ liệu, cũng như là kết nối dịch vụ mạng. 1.3 Lịch sử Vào năm 1999 thì nhà khoa học Kevin Ashton đã đưa ra cho thế giới một thuật ngữ mới đó chính là Internet of Things, hay gọi cách khác là mạng vạn vật kết nối Internet, nhằm để chỉ các vật thể có thể được gắn thêm các thiết bị để thế giới có thể nhận biết đến sự tồn tại của chúng. Vào năm 2016, thì khái niệm Mạng vạn vật kết nối Internet đã khẳng định được vị trí của mình trong bước phát triển tất yếu của nhân loại, nhờ việc hội tụ được nhiều công nghệ thiết yếu, cần thiết cho việc vận hành mạng lưới này. Những công nghệ này bao gồm công nghệ truyền tải vô tuyến hiện đang có mặt một cách phổ biến trên khắp thế giới, khả năng phân tích dữ liệu vào cùng một thời điểm tốt đến từ các siêu máy tính, các loại cảm biến đã được thu nhỏ gọn đến mức tối thiếu, và các hệ thống nhúng đã được phát triển đến một mức nhất định. Điều này đồng nghĩa với việc là tất cả những công nghệ truyền thông của quá khứ, như là các hệ thống nhúng công nghệ cũ, các mạng cảm biến không dây, các hệ thống thao túng hành vi, các loại hệ thống không cần con người can dự, bao gồm nhà thông minh và các toà nhà được trang bị các hệ thống tự động. Tất cả những thứ vừa kể ở bên trên đều đã góp phần tích cực vào sự hình thành cũng như là khả năng vận hành được của hệ thống Mạng vạn vật kết nối Internet. 7
Một suy nghĩ khai nguồn về một hệ thống Internet của các thiết bị thông minh đã được các nhà khoa học thảo luận với nhau từ tận những năm 1982, với sự bắt nguồn là từ một máy bán nước Coca-cola tự động tại đại học Carnegie Mellon. Chiếc máy này đã được điều chỉnh, gắn thêm các bộ phận, thiết bị để trở thành thiết bị đầu tiên trên thế giới được kết nối Internet. Chiếc máy này có khả năng gửi thông tin về trung tâm về các thông tin như còn bao nhiêu lon nước, cung cấp nhiệt độ của máy bán hàng khi vừa được bỏ thêm các chai nước mới vào máy. Từ năm 1991, đã có một bản báo cáo một cách chưa đầy đủ về một khái niệm gọi là điện toán tổng quan, tiếng anh là ubiquitous computing, của nhà khoa học Mark Weiser. Không chỉ dừng lại ở đó, các viện khoa học như UbiComp và PerCom cũng cho ra mắt thế giới những báo các về Máy tính thể kỷ 19, cho thế giới thấy một tầm nhìn mới về IoT cũng như là về cách triển khai của Mạng vạn vật kết nối Internet này. Vào năm 1994, một nhà khoa học tên là Reza Raji đã mô tả về khái niệm Mạng vạn vật kết nối Internet một cách chuyên sâu hơn trên tờ IEEE Spectrum. Tại tờ báo này, ông mô tảo đây là một quá trình chuyển các thông tin theo dạng gói với kích thước nhỏ sang một tập hợp các nút mạng lớn, để có thể truyền tải thông tin và tự động hoá mọi thứ, và có thể được ứng dụng từ các thiết bị dùng trong cuộc sống hàng ngày cho đến nguyên cả một nhà máy sản xuất lớn. Và giữa những những năm 90 của thế kỷ 20, có một công ty tên là at Work, một công ty con của Microsoft, và cùng với đó là công ty Nest của Novell, đã có một vài giải pháp đề xuất về vấn đề Mạng vạn vật kết nối Internet. Tuy nhiên, cho đến mãi tận năm 1999 thì lĩnh vực này mới bắt đầu thu được những kết quả khả quan. 8
Bill Joy đã tường tượng được trước phương pháp truyền tải dữ liệu từ thiết bị tới thiết bị ở trong một bộ 6 trang web của ông. Ông đã diễn thuyết trước mặt công chúng những ý tưởng này tại Diễn đàn kinh tế thế giới ở Davos vào năm 1999. Cũng vào năm 1999, thì khái niệm Mạng vạn vật kết nối Internet đã trở nên phổ biến với thế giới hơn, nhờ vào trung tâm Auto-ID thuộc viện công nghệ Massachusetts và nhờ những nhà khoa học đã có những báo cáo liên quan đến phân tích thị trường có liên quan đến lĩnh vực này. RFID, tiếng anh là Radio-frequency identification, hay dịch ra tiếng việc là định nghĩa tần số radio, đã được nhận định bởi Kevin Ashton, một trong những người sáng lập ra trung tâm Auto-ID là có khả năng khởi tạo Mạng lưới vạn vật kết nối Internet và thời điểm đó. Ông đề xuất rằng cụm từ Mạng lưới vạn vật kết nối Internet ra với toàn thế giới. Nếu tất cả mọi vật thể và con người trong cuộc sống thường ngày đều được kết nối và trang bị những thiết bị định danh, các máy tính có thể quan lý và lưu trữ những thông tin về những vật trên. Bên cạnh dùng định danh tần số vô tuyến, việc đánh dấu các vật thể có thể đạt được nhờ những công nghệ thông tin như là thông tin liên lạc tầm gần, mã hoá ô vuông, và dấu ấn công nghệ cao. 1.4 Khả năng định danh độc nhất Một trong những điểm mấu chốt của Mạng vạn vật kết nối Internet đó chính là tất cả những vật ở trong mạng lưới đều phải được nhận biết và có một phương thức nhận định danh tính riêng. Nếu tất cả các vật thể, bao gồm cả con người, đều mang trong mình một định danh riêng để có thể phân biệt và quản lý đối tượng này với đối tượng khác, thì máy tính hoàn toàn có thể quản lý được một mạng lưới gồm tất cả các vật thể trên. 9
Việc định danh, hay tagging, có thể được hiện thực hoá ngày nay, thông qua việc sử dụng những công nghệ hiện đại, ví dụ như định danh bằng tần số ra đa, giao tiếp thông tin tầm gần, mã vạch, mã QR, đánh dấu kỹ thuật số,... Việc liên kết các thiết bị với nhau có thể được hiện thực hoá thông qua các công nghệ của ngày nay như là Wifi, mạng viễn thông băng thông rộng như là 3G và 4G, các công nghệ giao tiếp tầm gần như là Bluetooth, Zigbee, hồng ngoại,... Ngoài những phương pháp giao tiếp và kết nối các vật thể với nhau như vừa kể ở trên, thì nếu nhìn từ thế giới Internet, chúng ta có thể gán cho từng vật thể một địa chỉ duy nhất để có thể xác định từng vật thể một, tương tự như là việc gán địa chỉ IP cho các trang web. Mỗi một thiết bị sẽ được gán cho một địa chỉ IP duy nhất và độc nhất, không bị trùng lặp với bất kỳ một vật thể hay một con người nào khác. Hiện nay, với sự xuất hiện của công nghệ IPv6 với khả năng lưu trữ không gian địa chỉ cực kỳ rộng lớn thì mọi thứ có thể sẽ dễ dàn được gán cho một địa chỉ IP duy nhất và không nhầm lẫn với bất kỳ một vật thể nào khác. Đây là một tiền đề quan trọng giúp cho mọi thứ có thể được dễ dàng kết nói với nhau cũng như là được kết nối vào Mạng lưới mạng vật kết nối vào Internet. 1.5 Xu hướng và tính chất Thực tế ra mà nói, thì các yêu cầu về sự thông minh cũng như là không cần đến sự can dự của con người trong quá trình điều khiển thực chất không phải là mục tiêu ban đầu trong quá trình phát triển của IoT trong những năm đầu tiên. Mục tiêu đặt ra của Mạng vạn vật kết nối Internet không là các máy móc có thể được dễ dàng kết nối với nhau, để khi chúng nhận biết được các thay đổi của môi trường xung quanh, chúng sẽ có thể tự điều chỉnh bản thân và phản ứng lại đối với những thay đổi đó mà không cần có sự kết nối đến Internet. 10
Trong những năm gần đây, người ta đang có những bước đi táo bạo trong việc nghiên cứ để có thể kết hợp các khái niệm đó là Mạng lưới vạn vật kết nối Internet và điều khiển tự động lại với nhau. Trong tương lại, Mạng lưới vạn vật kết nối Internet sẽ có thể trở thành một mạng lưới những vật thể thông minh được điều khiển và kết nối với nhau, và có khả năng tự đưa ra quyết định trong từng tình huống đơn lẻ mà chúng gặp phải. Không chỉ dừng lại ở đó, chúng phải còn có khả năng kết nối với nhau để có thể trao đổi thông tin và cùng nhau tương tác với các thông tin đó để có thể tự điều chỉnh một cách tự động. Việc giúp các thiết bị trở nên tự động và thông minh hơn, và tích hợp các thiết bị đó vào mạng vạn vật kết nối Internet có thể giúp các thiết bị theo dõi và thu thập các thông tin đến từ việc con người tương tác với các thiết bị thông minh. Từ việc quan sát và thu thập các dữ liệu đó, các hệ thống sẽ có thể phát hiện ra các kiến thức mới mà con người còn bỏ sót, liên quan đến thế giới xung quanh, đến môi trường, đến các mối quan hệ của con người trong xã hội, cũng như là các hành vi ứng xử của con người. [2] 1.6 Kiến trúc dựa trên sự kiện Khi mọi việc diễn ra đúng theo những gì đã được thiết kế, thì các thiết bị được kết nối trong mạng lưới vạn vật kết nối Internet sẽ ghi nhận dữ liệu và gửi những dữ liệu đó trong lúc chúng đang hoạt động theo thời gian thực. Một số những chuyên gia đầu ngành cho rằng một hệ thống các mạng lưới cảm biến, các sensor, chính là một trong những thành phần đơn giản, và là một dạng đơn giản hoá của mạng lưới vạn vật kết nối Internet. 11