iautomation - Softwarearchitektur für mobile Devices

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1 Whitepaper iautomation - Softwarearchitektur für mobile Devices

2 iautomation - Softwarearchitektur für mobile Devices Mit iautomation bezeichnet die das bereits für zahlreiche Kunden erfolgreich umgesetzte System der intuitiven und benutzerfreundlichen Steuerung von Industrieapplikationen per Smartphone und Tablet. Nachfolgend wird die grundlegende Softwarearchitektur für Client, Server und Kommunikation des Multiplattform-Systems vorgestellt sowie die plattformunabhängige Basistechnologie für die Visualisierung und den Server erläutert. Diese Komponenten können als iautomation-toolkit wiederverwendet werden und sind flexibel einsetzbar. Zudem erlaubt das Framework die schnelle Erstellung von Prototypen und folglich eine wesentliche Reduzierung der Entwicklungskosten. 1 Einleitung Autor Dirk Beinert Zusammenfassung Intuitive und benutzerfreundliche Steuerung von Industrieapplikationen Softwarearchitektur für Client, Server und Kommunikation iautomation-toolkit Keywords iautomation, Softwarearchitektur, Google Web Toolkit, Mobile Devices, Firmware, Web-Technologie, HTML5, CSS3, JSON-RPC Version 1 # WP , Die industrielle Softwareentwicklung muss sich der aktuellen Herausforderung stellen und komplexe Zusammenhänge vom PC auf mobile Endgeräte transportieren. Beliebig detaillierte Ansichten (Views), die mit einer Maus noch präzise bedient werden können, sind für Tablets und Smartphones nicht geeignet. Die dafür notwendige Anwenderfreundlichkeit (Usability) lässt sich mit herkömmlichen Bedienkonzepten nicht erreichen. Der User muss seine technische Aufgabe zuverlässig erfüllen und möchte die Software intuitiv bedienen können, d. h. ohne längere Einarbeitungszeiten. Nicht zuletzt soll die Bedienung zu einem angenehmen Erlebnis werden (Joy of use). Auch die technologischen Entscheidungen werden zunehmend komplexer. Die Monotonie der Windows-PCs ist einer Vielzahl von Zielplattformen mit unterschiedlichsten Entwicklungswerkzeugen und Betriebssystemen gewichen. Für diese Multiplattform-Entwicklung gibt es verschiedene Lösungsansätze: Individuelle native Entwicklung (Java für Android, C# für Windows RT/8, Objective-C für ios) Nutzung von Cross-Compilern (Mono, MonoDroid, MonoTouch, PhoneGap) Web-basierte Entwicklung für die ubiquitären Browser (HTML5, CSS3, JavaScript) 2

3 Während eine native Entwicklung für jede einzelne Zielplattform mangels Wiederverwendbarkeit des Codes zeitaufwendig und teuer ist, führen Cross-Compiler derzeit noch ein Nischendasein, was den Investitionsschutz gefährdet. Im Gegensatz zu JavaScript erlaubt der webbasierte Ansatz mittels Google Web Toolkit (GWT) eine komfortable, modellbasierte und typensichere Entwicklung. Die anschließende JavaScript-Transformation übernimmt ebenfalls GWT-Engine. Dieses Konzept wird nachfolgend näher erläutert. 2 GWT-Client Dank der Softwareentwicklung mit Java ist eine typensichere Programmierung möglich, die den Großteil der Fehler bereits zur Compilezeit aufdeckt. Die Programmiersprache erlaubt die Nutzung etablierter Entwurfsmuster (Design Patterns) für eine saubere Strukturierung größerer Applikationen. Umfangreiche Softwarelösungen beinhalten in der Regel eine Vielzahl von User-Interface-(UI-)Elementen, die untereinander Datenbeziehungen aufweisen. Zur Trennung von Verantwortlichkeiten der Softwaremodule und zur Vermeidung von Kopplung im Code bedient man sich im Allgemeinen des Model-View-Controller-(MVC-)Designs oder einer Erweiterung (siehe Abb. 1). In der Model-View-Presenter-(MVP-)Architektur wird die direkte Controller-Controller-Kopplung durch einen einheitlichen Eventbus ersetzt. An diesem registrieren die verschiedenen Ansichten zentral ihre Events und abonnieren die Ereignisse der Nachbar-Views, ohne Details über deren Implementierung kennen zu müssen. Zusätzlich erhält der Controller in der neueren Literatur über Design Patterns als Presenter und unter GWT-Entwicklern als Activity bezeichnet eine beigestellte Status-Klasse (Place), um innere Zustände des Views speichern zu können. Auf diese Weise werden zahlreiche Views parallel bearbeitbar, ohne Rückwirkungen auf andere Views befürchten zu müssen. Model Model Controller View Eventbus Activity Place Event Place Place Activity Place Event View Model Controller MVC View GWT- MVP Event- Handler Event- Handler Abbildung 1: Entwurfsmuster MVC und erweitertes MVP 3

4 3 OSGi-Server Ein ähnliches Prinzip der Eventzentralisierung liegt bei Nutzung des OS- Gi-Frameworks als Firmware-Gegenstück zur Visualisierungssoftware vor. OSGi basiert auf einer serviceorientierten Architektur (SOA) und die Applikationen weisen eine geringe Kopplung untereinander auf. Beim Start eines Applikation-Bundles überprüfen sogenannte Aktivatoren die Verfügbarkeit der zu abonnierenden Dienste. Sollte die Prüfung fehlschlagen, ist nur die einzelne Applikation betroffen. Ein spezielles OSGi-Bundle, der sog. Eventadmin, dient dabei als Vermittler für Events, die vom Client oder dem unterlagerten Feldbus kommen (siehe Abb. 2). Die Aufrufe des Clients adressiert ein Webserver an die jeweilige Firmware-Applikation. Zudem sorgt eine optionale Managementkomponente für die Persistierung und Speicherverwaltung. Neue Pakete oder Software-Updates werden durch einfaches Kopieren in das Filesystem eingespielt. Eine aufwendige Installation entfällt. http-servlet Webserver Applikation Eventadmin Management OSGi Feldbus-Stack Abbildung 2: Firmware-Eventadmin 4

5 4 Kommunikation via JSON-RPC Die Kommunikation zwischen Client und Server erfolgt in unserem Beispiel per http/https über LAN und WLAN, wobei die Nettodaten dem sog. JSON- RPC-Format entsprechen. Diese von Java gut unterstützte Serialisierung von Objekten und Methoden in Strings sowie die entsprechende Deserialisierung auf Empfängerseite stellen ein offenes und erweiterbares Interface zwischen Firmware und mobilem Endgerät dar. 5 Anwendungsbeispiel Der Gebäudesystemtechnikhersteller Insta Elektro GmbH und dessen OEM-Kunden Gira und Jung vertrauen für ihr neues enet-system auf die infoteam Software AG und GWT. Dieses einfach nachrüstbare Funksystem für die moderne Gebäudeautomatisierung ermöglicht die komfortable Installation und Bedienung von z. B. Beleuchtungs- und Jalousieaktoren im Haus. Die Software kann sowohl per PC als auch über die im Haushalt vorhandenen Smartphones und Tablets betrieben werden. Per drag-and-drop können mit der enet Inbetriebnahme-Software Netzwerke projektiert und deren Sensoren und Aktoren einfach und intuitiv verdrahtet werden (siehe Abb. 3). Funkdiagnose und automatisches Geräte-Einlernen sind nur ein Teil der vielen Features, die dieses System anbietet. Abbildung 3: enet Inbetriebnahme-Software 5

6 6 Fazit Die hat sich mit ihren Kunden schon sehr frühzeitig der Entwicklung von Tablet- und Smartphone-Software gewidmet. Bereits in zahlreichen Projekten hat sich der Einsatz der Browser-basierten GWT-Technologie bewährt. Der Google-Compiler arbeitet nach bisherigen Erkenntnissen fehlerfrei und lässt dank HTML5 und CSS3 keine UI-Designwünsche offen. Der Einsatz von Java für Client und Server erlaubt eine einheitliche Softwarearchitektur für das gesamte System. Die Eclipse-Entwicklungsumgebung wird dank ihrer Offenheit für Erweiterungen allen Ansprüchen an eine professionelle Softwareentwicklung gerecht und lässt sich gut in Application Lifecycle-Lösungen wie z. B. den Microsoft Team Foundation Server (TFS) und Continuous-Integration-Build-Server wie Hudson/Jenkins integrieren. 7 Literatur Innovatives Interaktionskonzept in der Gebäudeautomatisierung, Christof Burmann, Insta Elektro GmbH, Automation Day Franken 2012, Nürnberg, 11. Juli Google-Web-Toolkit (GWT): Open Source mit Netz und doppeltem Boden, Dirk Beinert,, Cluster Mechatronik & Automation Workshop Open-Source-Software, Augsburg, 14. Mai Danksagung Wir danken der Firma Insta Elektro GmbH in Lüdenscheid für die freundliche Erlaubnis, die gemeinsamen Entwicklungsergebnisse präsentieren zu dürfen. 6

7 9 Glossar Continuous- Integration (G)UI GWT MVC MVP OSGi TFS SOA Verfahren, täglich (nachts) Software zu kompilieren und zu testen (Graphical) User Interface Google-Web-Toolkit Model-View-Controller Model-View-Presenter Java Firmware Framework, SOA-basiert Microsoft Team Foundation Server PLM/ALM-Werkzeug Service Oriented Architecture 7

8 Kontakt Am Bauhof 9 D Bubenreuth Telefon: +49 (0) 9131 / Telefax: +49 (0) 9131 / info@infoteam.de Emil-Figge-Straße 80 D Dortmund Telefon: +49 (0) 231 / Telefax: +49 (0) 231 / dortmund@infoteam.de Laubisrütistrasse 44 CH-8712 Stäfa Telefon: +44 (0) Telefax: +44 (0) info@infoteam-software.ch infoteam Software (Beijing) Co., Ltd. Zhongguancun North Street 151 Yan Yuan Resource Tower, Room , Haidian District Beijing China Telefon: +86 (0) Telefax: +86 (0) info@infoteam.com.cn