Web of Objects in der Gebäudeautomation

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1 Web of Objects in der Gebäudeautomation PROF. DR. DIRK TIMMERMANN, DR. FRANK GOLATOWSKI, ELMAR ZEEB UND TEAM * INSTITUT FÜR ANGEWANDTE MIKROELEKTRONIK UND DATENTECHNIK UNIVERSITÄT ROSTOCK * GUIDO MORITZ, STEFFEN PRÜTER, CHRISTIAN LERCHE, NICO LAUM, CHRISTIAN FABIAN U.V.A.M.

2 Übersicht 1. Motivation 2. Web Services WS4D DPWS 3. Werkzeuge

3 Größe Wir beobachten folgende Trends Früher: 1 Rechner je Raum Zukünftig: Viele Rechner je Raum Zahl Früher: 1 Rechner für viele Jetzt: 1 Rechner für jeden Zukünftig: Viele Rechner für jeden Kommunikation Früher: Mensch mit Mensch ( ) Jetzt: Mensch mit Maschine (Web) Zukünftig: Maschine mit Maschine (Embedded Internet) Vision: Alle Objekte der realen Welt werden smart und kommunizieren miteinander

4 Immer mehr vernetzte Geräte 2010: 5 Milliarden vernetzte Geräte 2015: 15 Milliarden (Intel) 2020: 20 Milliarden (Ericsson) Heute: 50 elektronische Geräte in durchschnittlichem Haushalt genutzt

5 Standards für vernetzte Geräte Das Schöne an Standards ist es gibt so viele, aus denen man auswählen muss! * inzwischen mehr Standards als zu vernetzende Geräte? (*) A. Tanenbaum

6 Interoperabilität Das Fehlen von offenen, branchenübergreifenden Interoperabilitätsstandards ist innovationsblockierend Nationale Roadmap Embedded Systems 8.Dez anlässlich des 4. IT-Gipfels der Bundesregierung

7 Eine Interpretation von bundled services

8 Ansatz 1: DAS globale Idiom Internet Protocol (IP) 2010: 5 Milliarden vernetzte Geräte 2015: 15 Milliarden (Intel) 2020: 20 Milliarden (Ericsson) Heute: 50 elektronische Geräte in durchschnittlichem Haushalt genutzt sollen in den nächsten Jahren über eine zentrale Steuereinheit bedient werden Sie werden über einen Standard kommunizieren und der heißt IP Schwaderer, Intel,

9 Ansatz 2: Übergreifender Standard Domänen Haus, Büro Technologien, Frameworks PROFIBUS Auto Industrie, Fertigung Energie, Telekommunikation LonWorks EIB Jini HAVi CAN OSGi Software??? UPnP DPWS??? Gesucht sind Technologien, die unabhängig sind von: - Plattform - Betriebssystem und Programmiersprache - Kommunikationsmedium

10 SOA, Web Services, DPWS

11 Service-orientierte Architektur (SOA) Dynamisches Anbieten, Suchen und Nutzen der Dienste über ein Netzwerk Diensteverzeichnis Dienstnutzer 3. Dienstbeschreibung 2. Entdecken Netzwerk 1. Bekanntgeben 2. Entdecken 1. Bekanntgeben 4. Zusätzliche Informationen 3. Dienstbeschreibung 5. Dienstnutzung Dienst/ Service

12 Dienst / Service Funktionalität wird als Dienst bzw. Service angeboten Dienste werden von Anwendungen oder anderen Diensten genutzt Unabhängig von - Hardware, - Programmiersprache, - Betriebssystem

13 Web Services Konkrete Realisierung einer SOA im Enterprise-Umfeld ebay, Google, Amazon, IBM. basierend auf TCP/IP XML (Extensible Markup Language) Nachrichten im XML-Format SOAP zur Nachrichtenübertragung WSDL (Web Services Description Language) Zur Dienstbeschreibung Aber: Kommunikationsoverhead aka Geschwätzigkeit ungeeignet für Geräte

14 Web Services Menge von Protokollbausteinen (jeder für eine bestimmte Aufgabe) Je nach Anwendung zu SOA (Service-orientierten Architektur) zusammensetzbar Oft verwendete Protokollkombinationen werden Profile genannt WS-BPEL WS-Choreography Business Processes WS-I Attachment Profile WS-Federation WS-Secure Conversation WS-Trust WSDM WS-Business Activity WS-Atomic Transaction Infrastructure Assurances Metadata WS-Metadata Exchange WS-Discovery UDDI WS-I Basic Profile WS-I Basic Security Profile WS-I Simple SOAP Binding Profile WS-Security WS-Reliable Messaging WS-Coordination WS-Policy Other profiles WS-Transfer WS-Eventing SOAP WS-Addressing MTOM Messaging WSDL XML Schema Devices Profile for Web Services XML Infoset Foundation XML 1.0 XML Namespaces MIME Transport WS-I Reliable Secure Profile

15 Devices Profile for Web Services Web Services für Geräte! - Ursprünglich UPnP V2.0 - Seit 7/2009 offizieller OASIS Standard - Basis for zahlreiche europäische Projekte DPWS ist ein Profil und Standard für verteilte eingebettete Systeme (Geräte), basierend auf Web Services beschreibt, wie durch Beschränkungen Web Services auf Geräte gebracht werden können!!

16 DPWS = Optimierung von Web Services für Geräte Minimale Konfiguration/Administration WS-Discovery ( ad hoc -Vernetzung) Ereignisbasierte Kommunikation (für low power) WS-Eventing Sicherheit SSL/TLS Overhead (WS4D-Erweiterung) Efficient XML (Transparente Komprimierung / Binäre Codierung von XML )

17

18 Protokolle & Werkzeuge basierend auf IP und Internettechnologien

19 Vernetzung durch DPWS Web of Objects

20 Der DPWS -Stack Anwendung WS-MetadataExchange/ WS-Transfer WS-Discovery WS-Eventing WS-Policy, WS-Addressing, Security SOAP-over-UDP, SOAP, WSDL, XML Schema UDP HTTP TCP IPv4 / IPv6 / IP Multicast Physikalische Schicht (802.x., beliebig )

21 Skalierbare DPWS-Lösungen ( Stacks ) WS4D-AXIS2 WS4D-gSOAP µdpws Java, Enterprise Betriebssystem Hochperformante Server / PCs Footprint 10 MB C Embedded Betriebssystem Netzwerk, WLAN, LAN 32 Bit µcontroller Footprint 300kB C Nanokernel Betriebssystem Netzwerk: 80x.y 8 Bit µcontroller Footprint 11kB

22 Unterstützung beliebiger Medien Beispiel 6LoWPAN (neuer IETF Internet Standard) IPv6 for Low power Wireless Personal Area Networks durch Kompression Application Specific Profile... Gateway/Proxy required udpws/ SOAP / WSDL XML Schema / HTTP Profile Profile IPv4, IPv6 TCP / UDP IPv6 IETF 6LoWPAN ZigBee Wireless HART (draft) ISA SP100 (draft) Bluetooth IEEE 802.3,802.11a/b/g... IEEE IEEE e (+TDMA and Channel Hopping)

23 Offener Standard Keine Lizenzkosten Standardisierung bei OASIS WS-DD Web Services Discovery and Web Services Devices Profile aktive Mitglieder Microsoft, IBM, Canon, Lexmark, Ricoh, Uni Rostock, Uni Dortmund

24 DPWS in MS-Windows Vista & 7 Source: Dave Roth, Web Services on Devices, WinHec

25 Werkzeuge

26 Was wird benötigt? Integration beliebiger Technologien DPWS Einfache Erstellung von Kompositionen (Funktionen realisieren durch Kombination der Geräte) Ohne Programmierkenntnisse Einfache Nutzbarkeit für Endnutzer/Techniker PipesBox

27 WS4D-PipesBox

28 WS4D-PipesBox Im Web-Browser Intuitiv nutzbar Einfache Installation Einfaches Erstellen von Workflows Online testen

29 Zusammenfassung

30 SIRENA The Beginning LOMS Easy Service Creation OSAMI ehealth uservice Mobile Systeme Projekte Gebäudeautomation Intelligente Dienste in der GLT, WoO AAL Flugzeug AAL: Ambient Assisted Living Automobil Embedded Services Skalierbare Embedded Services Safety Critical Real-Time Embedded Services Modulare Architektur Standard Schnittstellen

31 Stärken Zusammenfassung WS4D Plug and Play, Open Source, Standardisiert für Windows / Linux / MacOS / Eingebettete Systeme Skalierbar vom Mini-Sensorknoten bis Enterprise-Server Werkzeuge verfügbar starke Mitspieler: Microsoft, große Automobilhersteller und zulieferer, Schneider Electric, uva. Zu beachten XML-Kommunikations-Overhead (lösbar) Echtzeit, weiche EZ ok, derzeit untersucht: Harte EZ

32 Backup

33 Footprint Skalierbare DPWS-Lösungen WS4D-uDPWS WS4D-uDPWS WS4D-JMEDS WS4D-gSOAP WS4D-Axis2 WS4D-JMED / WS4D-gSOAP WS4D-Axis2 Sensor Network Embedded Systems Enterprise Systems Complexity of hosted services

34 Dienste Orchestrierung

35 WS4D-Pipes Nutzer Pipes Module Modulentwickler Pipesentwickler Technologien Medien Geräte Daten Webdienste... Zigbee UPnP DPWS WODA RS232 XML JSON Google Maps Flickr Sensor ... API Bluetooth Technologieentwickler

36 WS4D-Pipes

37 Standardisierung

38 Ergebnisse Standardisierung OASIS WS-DD Web Services Discovery and Web Services Devices Profile IETF Draft DPWS for 6LoWPAN

39 WS-DD Standardisierung von Web Services Dynamic Discovery (WS-Discovery) Version 1.1 Devices Profile for Web Services Version 1.1 SOAP-over-UDP Version 1.1 Aktive Mitglieder Microsoft, IBM, Canon, Lexmark, Ricoh, Uni Rostock, Uni Dortmund

40 DPWS in MS-Windows Vista & 7 Source: Dave Roth, Web Services on Devices, WinHec

41 Vernetzte Geräte (Harbor Research)

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