Ein Referenzmodell für das Internet der Dinge? Stephan Haller

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1 Ein Referenzmodell für das Internet der Dinge? Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen 6. November 2015 Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

2 Agenda 1. Was ist das Internet der Dinge? 2. Referenzmodelle und Architekturen und deren Nutzen 3. Smart City als Anwendungsfall Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

3 Agenda 1. Was ist das Internet der Dinge? 2. Referenzmodelle und Architekturen und deren Nutzen 3. Smart City als Anwendungsfall Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

4 Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

5 Was ist das "Ding" im Internet der Dinge? oder Device Entity of Interest Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

6 3 wichtige Charakteristika Identifikation individueller Objekte Serialisierung Lebenszyklus eines spezifischen Objektes Visibilität der realen Welt Tracking der Lokation von Objekten Statusmonitoring von Objekten und Orten Kontekt eines Objektes Veränderung der realen Welt Aktuation, physische Manipulation Verhaltensänderungen Autonome, intelligente Objekte Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

7 IoT betrifft unterschiedlichste Aspekte Gesellschaftliche Auswirkungen Businessmodelle und Ökosysteme Management Dienste und Anwendungen Softwarearchitektur Basistechnologien und Systemarchitektur Sicherheit & Datenschutz 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 Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

8 Agenda 1. Was ist das Internet der Dinge? 2. Referenzmodelle und Architekturen und deren Nutzen 3. Smart City als Anwendungsfall Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

9 Ein architektonisches Referenzmodell für IoT? domain understanding extracting essentials constraints, opportunities and feedback Referenzmodell guide Referenzarchitektur architect Konkrete Architekturen design, engineer, build, test Konkrete Systeme Quellen: First Reference Model White Paper, IoT- i project Bildquellen: ETSI, SmartGrids ETP Adap(ert nach: G.Muller, A Reference Architecture Primer, 2008 Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

10 Kontext des vorgestellten Referenzmodells Ursprünglich entwickelt im EU-Forschungsprojekt IoT-A Weiterverwendung / Grundlage für erweiterte Modelle AIOTI ALLIANCE FOR INTERNET OF THINGS INNOVATION Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

11 Ein architektonischer "Werkzeugkasten" IoT Architectural Reference Model Reference Model Domain Model Information Model Functional Model Communication Model Security & Trust Model Reference Manual Reference Architecture Views Functional View Information View Deployment & Operations View Guidance Perspectives Evolution & Interoperability Performance & Scalability Trust, Security, Privacy Availability & Resilience Process Interactions Use Cases Quelle: IoT- A Projekt; Vollständiges ARM verfügbar unter hcp:// a.eu/public/public- documents/d1.5/ Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

12 Schlüsselkonzept: "Augmented Entity" Virtual En+ty: Computa(onal or data element represen(ng a Physical En(ty with a unique ID 1 Augmented Entity 1..* 1 1 Virtual Entity represents 1..* 1 Physical Entity 0..* contains Quelle: IoT- A Projekt Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

13 Virtuelle Entitäten sind IT-basierte Artefakte Digital Artefact Digital Artefact: Any computa(onal or data element of an IT- based system Passive Digital Artefact Active Digital Artefact 1 Augmented Entity 1..* XOR 1 1 Virtual Entity represents 1..* 1 Physical Entity 0..* contains Quelle: IoT- A Projekt Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

14 Komplettes IoT Domain Model Users Human, Active Digital Artefact Services Integration & Interoperability Layer Augmented Entities Physical Entity + Virtual Entity Resources Components for data and/or functionality access Devices Sensors, Tags, Actuators Quelle: IoT- A Projekt Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

15 Praktischer Nutzen des Domain Models 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 Quelle: S.Haller, A.Serbana(, M.Bauer, F.Carrez, "A domain model for the Internet of Things", 2013 Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

16 Ein architektonischer "Werkzeugkasten" IoT Architectural Reference Model Reference Model Domain Model Information Model Functional Model Communication Model Security & Trust Model Reference Manual Reference Architecture Views Functional View Information View Deployment & Operations View Guidance Perspectives Evolution & Interoperability Performance & Scalability Trust, Security, Privacy Availability & Resilience Process Interactions Use Cases Quelle: IoT- A Projekt; Vollständiges ARM verfügbar unter hcp:// a.eu/public/public- documents/d1.5/ Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

17 IoT-A Referenzarchitektur: Funktionale Dekomposition Application Management Service Organization IoT Process Mgmt Virtual Entity Communication Device IoT Service Security Quelle: IoT- A Projekt (adaptoert) Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

18 Prozess zur Implementierung einer IoT-Lösung <<resource>> IoT Architectural Reference Model Unterstützung via Best Prac(ces <<information>> Use Cases & Requirements System Design Concrete Architecture Concrete Implementatio n <<resource>> Engineering Strategies Quelle: IoT- A Projekt Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

19 Agenda 1. Was ist das Internet der Dinge? 2. Referenzmodelle und Architekturen und deren Nutzen 3. Smart City als Anwendungsfall Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

20 Smart City als Fallbeispiel 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" Bilduellen: Smart City Schweiz, FP7 ICT Calipso Projekt - Barcelona Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

21 Anwendung des IoT Werkzeugkastens (Auszug) Akteure Menschen Automatische Steuerungen Domain Model Dinge Räume Elektrische Geräte Menschen Ressourcen Stromverbrauch Temperatur Helligkeit Raumbelegung Geräte Verbrauchsmesser Umgebungssensoren (Temperatur, Licht, Präsenz, etc.) Views Deployment & Operation Unterhalt & Betrieb Sensorik Kostenmodelle Einbezug Mitarbeiter / Bürger Perspectives Evolution & Interoperability Trust, Security & Privacy Verwendung von Standards Offene Architektur Datenschutz vs. Nachweisbarkeit Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

22 Fazit 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 Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

23 Weiterführende Literatur IoT Comic Book Berner Fachhochschule Stephan Haller IoT ARM IEEE IoT Definition Berner-Architekten-Treffen, IoT Technologien & Architekturen 23

24 Andere IoT Architekturen und Modelle AIOTI High Level Architecture, %20Architecture%20-%20Release_2_0.pdf Cisco: The Internet of Things Reference Model, 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, ITU-T: Overview of the Internet of things, ETSI M2M Functional Architecture, ETSI TS V1.1.1 (2011) onem2m Functional Architecture, ETSI TS V1.0.0 (2015) GS1 EPCglobal Architecture Framework, uid/ucode: Ubiquitous ID Architecture, Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

25 Architekturreferenzen IEEE Architecture Working Group, IEEE Standard , Recommended practice for architectural description of softwareintensive systems, Muller, Gerrit. A Reference Architecture Primer 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, Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

26 Danke! Thank you ありがとう Merci आभ र Grazie Gracias 謝 謝 Obrigado Ευχαριστώ Tack 감사합니다 Dankie شكرا Xin cảm ơn благодаря תודה ந"# Köszi Terima kasih спасибо Mahalo ขอบค ณ Ngiyabona Teşekkürler Mulţumesc مرسي Ndiyabulela Dzięki Grazcha Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

27 Anhang IoT Architekturen und Modelle Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

28 GS1 / EPCglobal Event Registries Search and Discovery Object Name Service (ONS) EPC Informa?on Services (EPCIS) Applica?on Level Events (ALE) Air Interface Protocols - UHF Class 1 Gen2 - HF Class 1 Gen2 Tag Data Standard (TDS) Tag Data Transla?on (TDT) Source: EPCglobal Reader Protocols - Low- Level Reader Protocol (LLRP) - Reader Protocol (RP) Reader Management - Discovery Configura?on & Ini?alisa?on (DCI) - Reader Management (RM) Quelle: GS1/EPCglobal Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

29 uid ucode Quelle: uid Cneter Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

30 ITU-T IoT Reference Model Quelle: ITU- T Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

31 ETSI M2M Functional Architecture Quelle: ETSI Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

32 onem2m Layered Model Quelle: ETSI, onem2m Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

33 IETF Quelle: J.Höller at al., "From Machine- to- Machine to the Internet of Things", 2014 Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

34 AIOTI Domain Model AIOTI High-Level Architecure Functional Model Quelle: AIOTI Berner Fachhochschule Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen,

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