Ein Referenzmodell für das Internet der Dinge?Berner Fachhochschule | Stephan Haller...

Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 1

Ein Referenzmodell für das Internet der Dinge? Stephan Haller

Berner-Architekten-Treffen

6. November 2015


1.  Was ist das Internet der Dinge?

2.  Referenzmodelle und –Architekturen und deren Nutzen

3.  Smart City als Anwendungsfall

Agenda


1.   Was ist das Internet der Dinge?



Agenda


Was ist das "Ding" im Internet der Dinge?

Entity of Interest Device

oder


Identifikation individueller Objekte ▶  Serialisierung ▶  Lebenszyklus eines spezifischen Objektes

3 wichtige Charakteristika

Veränderung der realen Welt ▶  Aktuation, physische Manipulation ▶  Verhaltensänderungen

▶  Autonome, intelligente Objekte

Visibilität der realen Welt ▶  Tracking der Lokation von Objekten ▶  Statusmonitoring von Objekten und Orten

▶  Kontekt eines Objektes


IoT betrifft unterschiedlichste Aspekte

Businessmodelle und Ökosysteme

Dienste und Anwendungen

Softwarearchitektur

Basistechnologien und Systemarchitektur

Man

agem

ent

Sich

erhe

it &

Dat

ensc

hutz

Abb. adap(ert nach «Towards a defini(on of the Internet of Things (IoT)», IEEE Internet Ini(a(ve 2015, hCp://iot.ieee.org/defini(on.html

Gesellschaftliche Auswirkungen



2.   Referenzmodelle und –Architekturen und deren Nutzen


Agenda


Ein architektonisches Referenzmodell für IoT?

Konkrete Architekturen

Konkrete Systeme

constraints, opportunities and feedback

design, engineer, build, test

Referenz- architektur

extracting essentials

architect

Referenz- modell

domain understanding

guide

Quellen: First Reference Model White Paper, IoT-‐i project Bildquellen: ETSI, SmartGrids ETP

Adap(ert nach: G.Muller, “A Reference Architecture Primer”, 2008


▶  Ursprünglich entwickelt im EU-Forschungsprojekt IoT-A

▶  Weiterverwendung / Grundlage für erweiterte Modelle

Kontext des vorgestellten Referenzmodells

AIOTI ALLIANCE FOR INTERNET OF THINGS INNOVATION


IoT Architectural Reference Model

Ein architektonischer "Werkzeugkasten"

Reference Model Reference Architecture Views Perspectives

Guidance

Domain Model

Information Model

Functional Model

Communication Model

Security & Trust Model

Functional View

Information View

Deployment & Operations View

Evolution & Interoperability

Performance & Scalability

Availability & Resilience

Trust, Security, Privacy

Reference Manual Process Interactions Use Cases

Quelle: IoT-‐A Projekt;

Vollständ

iges ARM

verfügb

ar unter hCp://www.iot-‐a.eu/pub

lic/pub

lic-‐docum

ents/d1.5/


Schlüsselkonzept: "Augmented Entity"

represents

1..* 1

Physical Entity

0..* contains

Virtual Entity

Virtual En+ty: Computa(onal or data element represen(ng a Physical En(ty with a unique ID

1

1 1

Augmented Entity

1..*

Quelle: IoT-‐A Projekt


Virtuelle Entitäten sind IT-basierte Artefakte

represents

1..* 1

1

1 1

Physical Entity

0..* contains

Augmented Entity

Virtual Entity

Digital Artefact

Passive Digital

Artefact

Active Digital

Artefact

XOR

Digital Artefact: Any computa(onal or data element of an IT-‐based system

1..*



Komplettes IoT Domain Model

Augmented Entities Physical Entity + Virtual Entity

Devices Sensors,

Tags, Actuators

Resources Components for data and/or functionality access

Services Integration & Interoperability Layer

Users Human,

Active Digital Artefact



Gemeinsame Sprache ▶  Erleichtert Verständigung zwischen Architekten, Designern und

Entwicklern

Strukturiertes Vorgehen zur Realisierung eines Use Cases 1.  Identifikation der Akteure des Systems

2.  Identifikation der physischen und virtuellen Entitäten

3.  Identifikation der benötigten Ressourcen und Dienste

4.  Mapping von Ressourcen auf Geräte

Praktischer Nutzen des Domain Models

Quelle: S.Haller, A.Serban

a(, M

.Bau

er, F.Carrez, "A

dom

ain mod

el fo

r the Internet of T

hing

s", 2013


IoT Architectural Reference Model

Ein architektonischer "Werkzeugkasten"

Reference Model Reference Architecture Views Perspectives

Guidance

Domain Model

Information Model

Functional Model

Communication Model

Security & Trust Model

Functional View

Information View

Deployment & Operations View

Evolution & Interoperability

Performance & Scalability

Availability & Resilience

Trust, Security, Privacy

Reference Manual Process Interactions Use Cases

Quelle: IoT-‐A Projekt;

Vollständ

iges ARM

verfügb

ar unter hCp://www.iot-‐a.eu/pub

lic/pub

lic-‐docum

ents/d1.5/


IoT-A Referenzarchitektur: Funktionale Dekomposition

Quelle: IoT-‐A Projekt (ad

aptoert)

Application

Device

Man

ag

em

en

t

Secu

rity

Communication

Serv

ice O

rgan

izati

on

IoT Service

Virtual Entity

IoT Process Mgmt


Prozess zur Implementierung einer IoT-Lösung

<<information>> Use Cases &

Requirements

<<resource>> IoT

Architectural Reference

Model

<<resource>> Engineering Strategies

Concrete Architecture

Concrete Implementatio

n

System Design

Unterstützung via Best Prac(ces





3.   Smart City als Anwendungsfall

Agenda


Die "intelligente" Stadt macht Daten über ihre Infrastrukturen öffentlich

▶  Luftverschmutzung, Verkehr, Parkplätze, Energieverbrauch, …

▶  Linked Open Data für die semantische Interoperabilität

▶  Innovationsschub: Private können mit diesen Daten sinnvolle Anwendungen und Dienstleistungen anbieten

Die "intelligente" Stadt ermuntert die Bürger zur Partizipation

▶  Daten, Ressourcen, Informationen –IoT Crowd Sourcing

▶  Stärkung der sozialen Gemeinschaft

▶  Die Stadt ist mehr als nur "Bürokratie"

Smart City als Fallbeispiel

Bilduellen: Smart C

ity Schweiz, FP7

ICT Ca

lipso Projekt -‐ Ba

rcelon

a


Anwendung des IoT Werkzeugkastens (Auszug) D

om

ain

Mo

del

Akteure •  Menschen •  Automatische Steuerungen

Dinge •  Räume •  Elektrische Geräte •  Menschen

Ressourcen •  Stromverbrauch •  Temperatur •  Helligkeit •  Raumbelegung

Geräte •  Verbrauchsmesser •  Umgebungssensoren (Temperatur, Licht,

Präsenz, etc.)

Vie

ws Deployment &

Operation •  Unterhalt & Betrieb Sensorik •  Kostenmodelle •  Einbezug Mitarbeiter / Bürger

Pers

pect

ives Evolution & Interoperability

•  Verwendung von Standards •  Offene Architektur

Trust, Security & Privacy

•  Datenschutz vs. Nachweisbarkeit


▶  Trotz Begriffswirrwarr, unterschiedlicher Definitionen, Modelle und Architekturen gibt es Gemeinsamkeiten

▶  Referenzmodelle und –Architekturen für das Internet der Dinge sind realistisch, sinnvoll und nützlich

▶  Smart City ist ein interessantes Feld mit vielen Anwendungsmöglichkeiten für eine Referenzarchitektur

Fazit

Berner Fachhochschule | Stephan Haller


Weiterführende Literatur

IoT Comic Book IoT ARM IEEE IoT Definition

IoT Technologien & Architekturen


▶  AIOTI High Level Architecture, 2015. https://docbox.etsi.org/smartM2M/Open/AIOTI/!!20151014Deliverables/AIOTI%20WG3%20IoT%20High%20Level%20Architecture%20-%20Release_2_0.pdf

▶  Cisco: The Internet of Things Reference Model, 2014. http://cdn.iotwf.com/resources/71/IoT_Reference_Model_White_Paper_June_4_2014.pdf

▶  IETF Standards CoAP, 6LoWPAN, RPL etc. Vgl. Ishaq I. et al., IETF Standardization in the Field of the Internet of Things (IoT): A Survey, Journal of Sensor and Actuator Networks, 2013. http://www.mdpi.com/2224-2708/2/2/235/pdf

▶  ITU-T: Overview of the Internet of things, 2012. http://www.itu.int/itu-t/recommendations/rec.aspx?rec=Y.2060

▶  ETSI M2M Functional Architecture, ETSI TS 102 690 V1.1.1 (2011) http://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/102600_102699/102690/01.01.01_60/ts_102690v010101p.pdf

▶  oneM2M Functional Architecture, ETSI TS 118 101 V1.0.0 (2015) http://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/118100_118199/118101/01.00.00_60/ts_118101v010000p.pdf

▶  GS1 EPCglobal Architecture Framework, 2014 http://www.gs1.org/id-keys-epcrfid-epcis/epc-rfid-architecture-framework/1-6

▶  uID/uCode: Ubiquitous ID Architecture, 2006 http://www.uidcenter.org/wp-content/themes/wp.vicuna/pdf/UID-CO00002-0.00.24_en.pdf

Andere IoT Architekturen und Modelle


▶  IEEE Architecture Working Group, “IEEE Standard1471-2000, Recommended practice for architectural description of software-intensive systems”, 2000.

▶  Muller, Gerrit. A Reference Architecture Primer. 2008.

▶  OASIS. Reference Model for Service Oriented Architecture 1.0

▶  Rozanski, Nick and Woods, Eoin. “Software Systems Architecture – Working with Stakeholders Using Viewpoints and Perspectives”, Addison Wesley, 2011.

Architekturreferenzen


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Anhang IoT Architekturen und Modelle


GS1 / EPCglobal

Search and Discovery

Event Registries

Source: EPCglobal

Air Interface Protocols -  UHF Class 1 Gen2 -  HF Class 1 Gen2

Tag Data Standard (TDS) Tag Data Transla?on (TDT)

Reader Protocols -  Low-‐Level Reader Protocol (LLRP) -  Reader Protocol (RP) Reader Management -  Discovery Configura?on & Ini?alisa?on (DCI) -  Reader Management (RM)

Applica?on Level Events (ALE)

EPC Informa?on Services (EPCIS)

Object Name Service (ONS)

Quelle: GS1/EPC

glob

al


uID – ucode

Quelle: uID Cneter


ITU-T – IoT Reference Model

Quelle: ITU-‐T


ETSI – M2M Functional Architecture

Quelle: ETSI


oneM2M – Layered Model

Quelle: ETSI, on

eM2M


IETF

Quelle: J.Hö

ller a

t al., "F

rom M

achine-‐to-‐Machine to

the Internet of T

hing

s", 2014


AIOTI

Quelle: AIOTI

AIOTI High-Level Architecure – Functional Model

Domain Model

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