Cloud-API für IoT-Sensornetze Drehscheibe der IoT-Kommunikation

In einer Referenzimplementierung des congatec Cloud-API werden viele physikalische Daten über BLE-Sensoren erfasst. Diese Messwerte bereitet das IoT-Gateway auf und überträgt sie gemeinsam mit Gateway-Statusdaten verschlüsselt an eine Cloud.

An IoT-Gateways für Sensornetzwerke werden oft sehr heterogene Anforderungen gestellt. congatec bietet daher ein neues Cloud-API an, um IoT-Sensornetze und Clouds leichter anzupassen.

Der IoT-Gateway-Markt soll laut Markets and Markets zwischen 2016 und 2022 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 14,2% wachsen. Neben Gateways, die man im wohltemperierten Office- und Eigenheim-Bereich vorfindet, sind es vor allem industrielle Gateways im rauen Umfeld, die nachgefragt werden. Betrachtet man die Applikationen, die sich ebenfalls im raueren Umfeld befinden, erkennt man deutlich andere Aufgabenstellungen als die des Consumer-Markts. Sie differenzieren sich nicht nur durch die Anforderungen, was Robustheit und Langlebigkeit betrifft – weshalb gerne Embedded-Hardware zum Einsatz kommt –, sie unterscheiden sich auch durch ihre extrem heterogenen Anforderungen:

• Systeme auf dem Dach oder im Keller von größeren Gebäudekomplexen müssen Heizungen, Blockheizkraftwerke, Solaranlagen, Aufzüge und Gegensprechanlagen integrieren, um Betreibern umfassende Informationen liefern zu können.

• Unterstationen der Energieversorger müssen oftmals heterogene Microgrids mit mehreren Energieeinspeisungen und Speichersystemen managen.

• Systeme für Züge, Flugzeuge, Nutzfahrzeug-Flotten integrieren sowohl Ortungs- und Navigationsfunktionen, als auch Infotainment- und Supply-Chain-Management-Funktionen sowie das Health-Monitoring der Technik.

• Logistik-Applikationen haben den Bedarf nach Gateways in Lagern und Transportfahrzeugen.

• Öl- und Gaspipelines können mit Cloud-Technologien besser überwacht werden.

• Sicherheitsüberwachung spielt ebenfalls eine große Rolle mit Schwerpunkt auf Videoüberwachung, aber auch Tür- und Fenstersensoren müssen einbezogen werden.

• Gateways in der Industrie liefern unterschiedlichste Sensordaten und bilden auch die notwendigen Knotenpunkte für Industrie-4.0-Applikationen.

• Smart-City-Applikationen vereinen Parkleitsysteme, Ladestationen für E-Mobility und Laternensteuerungen und vieles mehr.

Schon alleine auf dem Application Layer ergeben sich also sehr heterogene Anforderungen an die Gateway-Logik. Gleiches gilt für die Sensornetzwerke und die damit verbundenen verschiedenen Kommunikationsprotokolle sowie auch für die Kommunikation mit unterschiedlichsten Datenbanken in der Cloud. Die Gateways sind Vermittler in beide Richtungen und brauchen eine Logik zum Sammeln, Analysieren und Transcodieren von Sensordaten und zur Entscheidung, was mit diesen Informationen gemacht werden muss.

Benötigt wird auch die Aufbereitung der Daten für eine konsistente Datenstruktur und Übertragung an die Clouds und eine Logik zur bidirektionalen Kommunikation mit der Cloud-Lösung, das Ganze in Form einer sicheren End-to-End-Verschlüsselung. Bedenkt man, dass Applikationsentwickler im Wesentlichen den Application Layer im Fokus haben, ist gemäß ISO-OSI-Schichtenmodell mit sieben Layern durchaus viel begleitende Arbeit zu erledigen, um aus den einzelnen Komponenten eine wirklich funktionierende IoT-Lösung zu entwickeln. Das Cloud-API von congatec zielt darauf ab, genau diese Aufgabe dem OEM zu erleichtern, indem applikationsfertige Softwarebausteine verfügbar gemacht werden und die Kunden zur individuellen Entwicklung ihrer Applikation als Blaupause nutzen können – ähnlich wie Carrier-Board-Schaltpläne auf Hardware-Level.

Entwickler können congatecs Cloud-API für IoT-Gateways in lokale Sensornetze aller Art integrieren. Es kann vor Ort mit Sensoren aller Art kommunizieren, die empfangenen Sensordaten aufbereiten und konvertieren sowie sie über eine Rule Engine analysieren, um auch vor Ort Entscheidungen treffen zu können, was den Traffic zur IoT-Cloud reduziert und schnellere Reaktionen ermöglicht. Daten lassen sich bidirektional mit Clouds via TLS-gesichertem MQTT-Protokoll übermitteln, wobei das Protokoll und auch die IoT-Cloud selbst austauschbar sind. In dem Best-Practice-Beispiel, das congatec auf der embedded world vorstellte, kommt eine Microsoft Azure Cloud zum Einsatz. Von dort aus greifen Clients sodann im Admin- oder User-Modus via HTTPS auf die Cloud-Applikation zu.