Kỹ năng và Ứng dụng cần thiết cho lập trình viên ứng dụng di động IoT
Nguồn: SpinDance, Iotforall.com, 2022
Các Kỹ năng và Ứng dụng độc đáo để xây dựng ứng dụng di động IoT
Nhiều sản phẩm hoặc dịch vụ Internet of Things (IoT) dựa trên các ứng dụng di động. Dù chúng dành cho các mục đích sử dụng trong công nghiệp, thương mại hay tiêu dùng, các ứng dụng di động thường là giao diện quan trọng để người dùng giao tiếp, cấu hình hoặc điều khiển các thiết bị được kết nối hoặc dịch vụ kỹ thuật số trong hệ thống IoT.
Có rất nhiều công ty phát triển ứng dụng di động truyền thống khẳng định họ có khả năng làm IoT, và điều đó có thể đúng. Tuy nhiên, chúng tôi thấy rằng việc tạo ra các ứng dụng IoT cần phải có chuyên môn chuyên sâu để làm tốt điều đó. Nếu một công ty phát triển ứng dụng truyền thống liệt kê IoT chỉ là một trong nhiều khả năng phát triển di động của họ, đó có thể là một dấu hiệu cảnh báo. Phát triển IoT đạt chuẩn cần có kiến thức chuyên môn và chỉ tập trung vào việc phát triển IoT trong một khoảng thời gian dài.
Dựa trên nhiều năm kinh nghiệm của người viết trong việc xây dựng các hệ thống IoT đầu cuối tích hợp các ứng dụng di động với các thiết bị được kết nối và dịch vụ kỹ thuật số trên đám mây, chúng tôi đã thu thập danh sách một số khả năng và kỹ năng độc đáo mà các nhà phát triển ứng dụng di động cho các hệ thống IoT cần phải có.
Các Kỹ năng Ứng dụng Di động quan trọng dành cho Nhà phát triển IoT
Bluetooth năng lượng thấp (Bluetooth Low Energy – BLE)
Đầu tiên trong danh sách là Bluetooth Low Energy (BLE). BLE cho phép smartphone kết nối trực tiếp với các thiết bị IoT như cảm biến, thiết bị thông minh, ..v.v. ĐIều này cho phép các ứng dụng di động thực hiện những việc như thu thập dữ liệu từ thiết bị, kiểm soát hoặc cấu hình hành vi thiết bị, cung cấp thông tin đăng nhập mạng, cập nhật chương trình cơ sở của thiết bị,..v.v.
Mặc dù dựa trên công nghệ radio tương tự như Bluetooth truyền thống, BLE sử dụng ít năng lượng hơn. BLE phù hợp hơn với các ứng dụng IoT mà bản chất của chúng thường chạy bằng pin và không gửi/nhận một lượng lớn dữ liệu. BLE có hỗ trợ phổ quát trong smartphone hiện đại.
BLE đặc biệt hữu ích trong khả năng cung cấp thông tin đăng nhập mạng, chẳng hạn như chia sẻ SSID WiFi và mật khẩu với thiết bị IoT. ĐIều quan trọng là thực hiện điều này một cách an toàn, đòi hỏi kinh nghiệm ngoài những chuyên môn cơ bản.
Làm việc với BLE đòi hỏi kiến thức không chỉ về các giao thức giao tiếp mà còn cả các hành vi độc đáo của các thiết bị IoT. Điều này bao gồm việc biết cách khắc phục sự cố và gỡ rối các vấn đề phát sinh. Điều này đòi hỏi kinh nghiệm làm việc với các hệ thống vi điều khiển nhúng cung cấp năng lượng cho hầu hết các thiết bị. Nhiều công ty ứng dụng di động truyền thống không có loại trải nghiệm này.
Kiến thức về các dạng của BLE trong các khung ứng dụng di động khác nhau như React Native, cũng như các môi trường iOS và Android cũng rất quan trọng. Mỗi khung hoặc môi trường làm mọi thứ khác nhau một chút.
Mạng không cấu hình (Zero-Configuration Networking)
Mạng không cấu hình (thường được gọi là Zeroconf) là một cách khác mà smartphone có thể xác định và giao tiếp với các thiết bị ở gần. Nó ít được sử dụng hơn BLE cho mục đích này, tuy nhiên nó rất hữu ích khi giao tiếp với các thiết bị được kết nối trên cùng một mạng WiFi cục bộ với smartphone. Nhiều giao thức có sẵn cho phép ứng dụng di động khám phá các thiết bị trên mạng mà không yêu cầu bất kỳ cấu hình mạng đặc biệt nào. Do đó, các giao thức này được gọi chung là Mạng không cấu hình. Các giao thức như vậy bao gồm MultiCast DNS (MDNS) và Apple Bonjour.
Smartphone gửi tin nhắn đa hướng trên mạng để khám phá các loại thiết bị cụ thể. Các thiết bị hỗ trợ giao thức sẽ phản hồi với tên dịch vụ và địa chỉ IP của chúng. Sau đó, smartphone có thể thiết lập kết nối trực tiếp với thiết bị.
Có kỹ năng và kinh nghiệm với mạng và các thiết bị nhúng là điều quan trọng để triển khai mạng Zeroconf. Bảo mật cũng là điều quan trọng hàng đầu. Kinh nghiệm khắc phục sự cố và debugging là rất quan trọng.
Tích hợp dịch vụ đám mây IoT
Hầu hết các ứng dụng di động IoT đều tích hợp với các dịch vụ đám mây IoT. Kết nối này với các dịch vụ kỹ thuật số chạy trên đám mây cho phép người dùng tương tác với các thiết bị ngay cả khi chúng không nằm trong phạm vi phủ sóng của chúng. Nó cũng giúp người dùng khai thác và có được những hiểu biết hữu ích từ dữ liệu hệ thống IoT. Các nhà cung cấp dịch vụ đám mây cung cấp một số dịch vụ phần mềm độc đáo dành riêng cho IoT thực hiện những việc như thông báo định tuyến, thiết bị lập chỉ mục, sự kiện xử lý và tổng hợp dữ liệu. Các ứng dụng di động thường cần tương tác với các dịch vụ này.
Thông thường, các ứng dụng di động cho IoT tương tác với các API đám mây tùy chỉnh giúp hợp lý hóa sự tương tác giữa ứng dụng di động và các dịch vụ đám mây. Kinh nghiệm với các tiêu chuẩn HTTPS và REST API là rất quan trọng. Điều quan trọng không kém đối với các ứng dụng IoT là việc làm quen với GraphQL và MQTT.
Khi kết nối với các dịch vụ đám mây, việc thực hiện các biện pháp bảo vệ an ninh tốt là điều quan trọng hàng đầu. Điều này đòi hỏi kiến thức chuyên môn về các phương pháp xác thực tài khoản người dùng cũng như thiết lập chính sách truy cập. Điều này đảm bảo đúng người dùng và hệ thống có quyền truy cập vào đúng tài nguyên còn những người khác thì không. Đây là một nhiệm vụ không hề nhỏ đối với IoT và cần phải có kiến thức về các sắc thái của các dịch vụ IoT.
Các nhà phát triển ứng dụng dành cho thiết bị di động có kinh nghiệm về đám mây, đặc biệt là các mẫu và dịch vụ đám mây dành riêng cho IoT, cực kỳ hữu ích khi xây dựng các ứng dụng di động tuyệt vời cho IoT. Kinh nghiệm với nhiều nhà cung cấp dịch vụ đám mây và các khả năng và sự tinh tế khác nhau của họ là một điểm cộng rất lớn. Có kinh nghiệm này cũng giúp lựa chọn các dịch vụ và nhà cung cấp tối ưu cho các trường hợp sử dụng cụ thể.
Interfacing với các thiết bị IoT
Về bản chất, hệ thống Iot là cầu nối các thiết bị vật lý thông qua mạng với các dịch vụ kỹ thuật số và giao diện người dùng. Để thực hiện các chức năng của chúng, các thiết bị vật lý này có khả năng tính toán được nhúng bên trong chúng. Các máy tính nhỏ này có giao diện bên ngoài để thực hiện các phép đo cảm biến, hiển thị ổ đĩa, lưu trữ dữ liệu, v.v. Như đã đề cập trước đó, các ứng dụng di động thường kết nối với thiết bị IoT qua BLE, tuy nhiên, dữ liệu thực tế được truyền qua BLE khác nhau giữa các loại thiết bị. Cách dữ liệu được đóng gói và gửi qua BLE phụ thuộc vào firmware đang chạy trên thiết bị. Dữ liệu này có thể ở nhiều định dạng khác nhau bao gồm cả nhị phân.
Để giải nén dữ liệu này và gỡ lỗi bất kỳ vấn đề nào khi chúng xuất hiện, điều quan trọng là phải có kiến thức về mã hóa, giải mã, tuần tự hóa và các hoạt động bitwise. Ngoài ra, việc hiểu dữ liệu đòi hỏi phải hiểu các sắc thái của cách hoạt động của thiết bị IoT. Điều này có thể yêu cầu đọc các biểu dữ liệu và tài liệu đặc tả và đôi khi thậm chí phải xem lại firmware được nhúng. Có kiến thức về hệ thống nhúng cùng với kiến thức về thiết bị di động giúp quá trình này diễn ra trơn tru và hiệu quả hơn.
Bảo mật
Hệ thống IoT hoạt động trên mạng và thường xử lý dữ liệu quan trọng và riêng tư. Đôi khi chúng là mục tiêu tấn công của giới tội phạm, nhà nghiên cứu bảo mật hoặc những người khác chỉ đang tìm kiếm thử thách. Để bảo vệ sản phẩm và thương hiệu của bạn, các hệ thống IoT yêu cầu các biện pháp bảo mật tốt vượt qua ranh giới giữa các thiết bị, đám mây và ứng dụng dành cho thiết bị di động.
Xác thực người dùng và thiết bị là một tính năng quan trọng. Ứng dụng dành cho thiết bị di động cần đảm bảo rằng người dùng cố gắng đăng nhập là hợp lệ. Người dùng này phải có các quyền duy nhất và chính sách truy cập dữ liệu tùy thuộc vào tài khoản của họ. Ngoài ra, các ứng dụng dành cho thiết bị di động cần đảm bảo rằng bất kỳ thiết bị nào mà chúng cố gắng kết nối đều là thiết bị xác thực và chưa bị giả mạo. Điều này có thể thực hiện được với phần mềm được ký bằng mật mã và chứng chỉ kỹ thuật số. Dữ liệu giữa các thiết bị và ứng dụng dành cho thiết bị di động cũng phải được mã hóa. Cuối cùng, các ứng dụng dành cho thiết bị di động thường đóng một vai trò quan trọng trong việc cập nhật chương trình cơ sở của các thiết bị được kết nối cụ thể mà chúng được thiết kế để hỗ trợ. Điều này có thể yêu cầu tải xuống các tệp firmware một cách an toàn, xác minh chúng và truyền chúng đến thiết bị.
Để xây dựng các hệ thống như vậy, cần phải có kiến thức bảo mật end-to-end. Trải nghiệm với các chính sách truy cập dữ liệu, xác nhận quyền sở hữu thiết bị với tài khoản và cập nhật chương trình cơ sở qua mạng (OTA) với chương trình cơ sở được ký bằng mật mã là rất quan trọng.
Phát triển đa nền tảng (Cross Platform Development)
Tại sao phải viết hai ứng dụng khi bạn có thể viết một ứng dụng? Chỉ vài năm trước, các ứng dụng dành cho Android và iOS phải được phát triển riêng biệt. Tuy nhiên, ngày nay đã có những khuôn khổ phát triển đa nền tảng hoàn thiện nhắm mục tiêu cả hai. Điều này có nghĩa là một dự án phát triển duy nhất có thể tạo ra các ứng dụng di động cho cả Android và iOS.
Tác giả nhận thấy rằng các khung phát triển đa nền tảng như React Native và Flutter có thể tạo ra kết quả xuất sắc trong thời gian ngắn hơn. Mỗi khung trong số này cho phép các nhà phát triển viết mã bằng một ngôn ngữ duy nhất nhưng sau đó hiển thị các ứng dụng bằng mã gốc. Mã gốc khác nhau giữa Android và iOS. Điều này có nghĩa là không có nhiều sự đánh đổi hiệu suất. Các ứng dụng di động kết quả hoạt động tốt và có giao diện mà người dùng Android hoặc iOS mong đợi.
Các khuôn khổ này đã được sử dụng trong hàng nghìn ứng dụng di động cũng như các ứng dụng web. Tận dụng một khuôn khổ chung cho cả ứng dụng web và ứng dụng di động, mang lại rất nhiều lợi ích cho sự nhất quán của trải nghiệm người dùng của bạn.
Với các hệ thống IoT, việc có kinh nghiệm với các framework đa nền tảng cũng như môi trường phát triển ứng dụng gốc là rất quan trọng. Điều này đặc biệt đúng với các giao diện cấp thấp hơn như BLE và mạng.
Kiến trúc ứng dụng di động cho IoT
Các ứng dụng di động cho IoT phải có giao diện tuyệt vời. Chúng cũng phải hoạt động hoàn hảo. Phải thừa nhận rằng những người giỏi nhất để xây dựng giao diện người dùng không phải lúc nào cũng là những nhà phát triển chuyên về chức năng cốt lõi. Tìm kiếm một công ty cung cấp các khả năng IoT cốt lõi cho một ứng dụng bên trong một gói phần mềm mà khách hàng hoặc các công ty đối tác khác sử dụng trong ứng dụng di động mà họ đang xây dựng. Điều này cho phép họ tập trung vào việc tạo ra trải nghiệm người dùng xuyên suốt và không phải lo lắng về sự phức tạp của các tính năng IoT bên dưới.
Nhà phát triển của bạn nên gói các khả năng IoT cốt lõi vào bộ công cụ phát triển phần mềm di động (SDK) để tóm tắt tất cả sự phức tạp của IoT thành một gói phần mềm cung cấp các API rõ ràng cho các nhà phát triển ứng dụng di động khác.
Các SDK này bao gồm các API cho kết nối đám mây, quản lý tài khoản, truy cập dữ liệu thiết bị, v.v. Điều này cho phép các nhà phát triển di động có ít trải nghiệm IoT hơn có quyền truy cập vào các API IoT, vì vậy họ có thể tập trung vào các tính năng đối mặt với người dùng của ứng dụng. Tư duy hợp tác kết hợp với các khuôn mẫu đã biết để thành công là rất quan trọng.
Tóm lược
Đây chỉ là một vài lý do tại sao Ứng dụng di động cho IoT là duy nhất và yêu cầu các kỹ năng độc đáo để phát triển. Chúng bao gồm các tính năng cốt lõi dành riêng cho IoT của phát triển di động như BLE cũng như trải nghiệm cross-domain như nhúng và đám mây. Nếu bạn đang tìm cách tạo ra những trải nghiệm IoT tuyệt vời cho khách hàng của mình thì làm việc với một công ty có những kỹ năng này dưới một mái nhà là một lợi thế lớn. Bằng cách hợp tác với một công ty phát triển ứng dụng dành cho thiết bị di động có kinh nghiệm, bạn có thể đạt được thành công lớn hơn và giảm rủi ro hơn là cố gắng tự mình thu thập mọi thứ hoặc làm việc với các công ty ít kinh nghiệm hơn. Cuối cùng, điều này sẽ giúp tiết kiệm chi phí và thời gian về lâu dài.
