Vergleich von Konnektivitäts-Protokollen
Der IP-Stack – Herausforderung für IoT-Anwendungen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Der kritische, zugrunde liegende TCP/IPv6-Netzwerk-Stack
Jedes der soeben beschriebenen Protokolle stützt sich für die IPv6-Kommunikation auf einen zugrunde liegenden IP-Stack. Die neuen Protokolle sind (mit Ausnahme von 6LoWPAN) auf der Applikationsebene konzipiert, ohne den eigentlichen Transportweg (Ethernet, Wi-Fi oder Mobilfunk) zu berücksichtigen. Somit wird ein großer Teil der eigentlichen Arbeit an den IP-Stack delegiert, der, wie sich herausstellt, deutlich umfangreicher ist als die eigentlichen Cloud-Protokolle.
Insofern überrascht es auch nicht, dass der zugrunde liegende IP-Stack wesentlich kundenspezifischer und bedeutend kritischer für den Informationsaustausch ist – und dies obwohl er vom Design her allgemeiner und nicht speziell auf die Cloud zugeschnitten ist. Bei der Entscheidung für Cloud-Protokolle ist es mindestens genau so wichtig, den richtigen IP-Stack zu wählen, auf den sich diese Cloud-Protokolle für einen ordnungsgemäßen und effizienten Betrieb stützen können.
Anforderungen an einen industrietauglichen IP-Stack
Selbstverständlich muss der IP-Stack Unterstützung für IPv6 bieten, und im Idealfall ist dieser Support durch eine unabhängige Instanz geprüft und zertifiziert. Darüber hinaus müssen die Cloud-Protokolle fest in den IP-Stack eingebunden sein, um die Effizienz und Korrektheit des Betriebs unter allen anspruchsvollen Anwendungsbedingungen zu gewährleisten. Außerdem muss der IP-Stack industrietauglich und für den Produktionseinsatz geeignet sowie klein, funktionssicher, geschützt, fortschrittlich, schnell und einfach anzuwenden sein.
Klein – Es wäre letztendlich nicht von Vorteil, wenn ein Cloud-Protokoll so klein wäre, dass es in den beschränkten Speicher eines Low-Cost-Mikrocontrollers passt, solange der zugrunde liegende IP-Stack selbst zu groß wäre. Vielmehr muss auch der IP-Stack klein sein, damit er der Zielsetzung des kompakten Cloud-Protokolls nicht zuwiderläuft.
Funktionssicher – Der IP-Stack sollte gängige Sicherheitsstandards für die Software elektronischer Geräte einhalten, wie zum Beispiel IEC 61508 SIL 4, IEC 62304 Klasse C, ISO 26262 ASIL D, UL/IEC 60730, UL/IEC 60335, UL 1998 und EN 50128 SW-SIL 4. Dies bietet die Gewähr für seine Zertifizierbarkeit zum Einsatz in sicherheitskritischen Systemen, abgesehen von den Vorteilen beim Einsatz in anderen Systemen.
Geschützt – Der IP-Stack sollte in sich abgeschlossen sein. Externe Zugriffe sollten von der Applikation und nicht vom Stack selbst definiert werden. Außerdem sollte der IP-Stack Security-Protokolle wie IPsec, TLS, SSL und DTLS unterstützen.
Fortschrittlich – Der IP-Stack sollte mit fortschrittlicher Technologie aufwarten, so zum Beispiel mit der Fähigkeit zur Kommunikation per IPv4 und IPv6, hardwaremäßiger Prüfsummenunterstützung (wenn verfügbar) sowie Support für optionale Applikationsprotokolle über die Cloud hinaus, wie etwa AutoIP, DHCP, DNS und mDNS.
Schnell – Performance und Effizienz des IP-Stacks sind entscheidend für seine Mission. Der Stack muss mit ›Near Wire Speed‹ arbeiten, also dem theoretischen Maximum der Transport-Hardware, um keinen Overhead zu verursachen, der seine Mission behindert.
Einfach anzuwenden – Der IP-Stack muss von Grund auf für einfache Anwendung konzipiert sein, mit einem intuitiven API sowie klarem und deutlichem Quellcode, um den Entwicklern zu helfen, Produkte schneller auf den Markt zu bringen, als es mit weniger leistungsfähigen Stacks möglich wäre.
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Fazit
Das IoT ist reizvoll, sowohl für die Konsumenten als auch für die Anbieter von Technologie, mit der sich die von den Konsumenten nachgefragten Produkte konstruieren und entwickeln lassen. Die neuen Cloud-Protokolle erweitern das IoT vom Gerät bis zur Cloud und eignen sich optimal für den Einsatz mit Mikrocontrollern, die durch wenig Speicher und eingeschränkte Performance gekennzeichnet sind. Die Cloud-Protokolle müssen hierfür platzsparend und effizient implementiert werden und vor allem für den Einsatz auf einem fähigen, kompakten und schnellen IP-Stack ausgelegt sein. Vor der Entscheidung für eine reine Cloud-Lösung müssen Designer den zugrunde liegenden IP-Stack auf jeden Fall genau untersuchen.
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