Ein Referenzmodell für das Internet der Dinge? Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen 6. November 2015 Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 1 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, 6.11.2015 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, 6.11.2015 3 Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 4 Was ist das "Ding" im Internet der Dinge? oder Device Berner Fachhochschule | Stephan Haller Entity of Interest Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 5 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 ▶ ▶ ▶ Berner Fachhochschule | Stephan Haller Aktuation, physische Manipulation Verhaltensänderungen Autonome, intelligente Objekte Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 6 IoT betrifft unterschiedlichste Aspekte Gesellschaftliche Auswirkungen Dienste und Anwendungen Softwarearchitektur Basistechnologien und Systemarchitektur Sicherheit & Datenschutz Management Businessmodelle und Ökosysteme 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, 6.11.2015 7 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, 6.11.2015 8 Ein architektonisches Referenzmodell für IoT? domain understanding extracting essentials guide architect Referenzmodell Referenzarchitektur constraints, opportunities and feedback design, engineer, build, test Konkrete Architekturen 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, 6.11.2015 9 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, 6.11.2015 10 Quelle: IoT-‐A Projekt; Vollständiges ARM verfügbar unter hCp://www.iot-‐a.eu/public/public-‐documents/d1.5/ Ein architektonischer "Werkzeugkasten" IoT Architectural Reference Model Reference Architecture Reference Model Domain Model Information Model Views Perspectives Functional View Evolution & Interoperability Performance & Scalability Functional Model Information View Communication Model Deployment & Operations View Security & Trust Model Trust, Security, Privacy Availability & Resilience Guidance Reference Manual Berner Fachhochschule | Stephan Haller Process Interactions Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 Use Cases 11 Schlüsselkonzept: "Augmented Entity" Augmented Entity 1..* 1 1 Virtual Entity 1 represents 1..* 1 Quelle: IoT-‐A Projekt Virtual En+ty: Computa(onal or data element represen(ng a Physical En(ty with a unique ID Physical Entity 0..* contains Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 12 Virtuelle Entitäten sind IT-basierte Artefakte Digital Artefact: Any computa(onal or data element of an IT-‐based system Digital Artefact Passive Digital Artefact Augmented Entity Active Digital Artefact 1..* 1 XOR Virtual Entity 1 represents 1..* 1 Quelle: IoT-‐A Projekt 1 Physical Entity 0..* contains Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 13 Komplettes IoT Domain Model Users Human, Active Digital Artefact Augmented Entities Physical Entity + Virtual Entity Resources Components for data and/or functionality access Berner Fachhochschule | Stephan Haller Devices Sensors, Tags, Actuators Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 Quelle: IoT-‐A Projekt Services Integration & Interoperability Layer 14 Quelle: S.Haller, A.Serbana(, M.Bauer, F.Carrez, "A domain model for the Internet of Things", 2013 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 Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 15 Quelle: IoT-‐A Projekt; Vollständiges ARM verfügbar unter hCp://www.iot-‐a.eu/public/public-‐documents/d1.5/ Ein architektonischer "Werkzeugkasten" IoT Architectural Reference Model Reference Architecture Reference Model Domain Model Information Model Views Perspectives Functional View Evolution & Interoperability Performance & Scalability Functional Model Information View Communication Model Deployment & Operations View Security & Trust Model Trust, Security, Privacy Availability & Resilience Guidance Reference Manual Berner Fachhochschule | Stephan Haller Process Interactions Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 Use Cases 16 IoT-A Referenzarchitektur: Funktionale Dekomposition IoT Process Mgmt Quelle: IoT-‐A Projekt (adaptoert) Virtual Entity Security Service Organization Management Application IoT Service Communication Device Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 17 Prozess zur Implementierung einer IoT-Lösung <<resource>> IoT Architectural Reference Model Unterstützung via Best Prac(ces Use Cases & Requirements System Design Concrete Architecture Concrete Implementatio n Quelle: IoT-‐A Projekt <<information>> <<resource>> Engineering Strategies Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 18 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, 6.11.2015 19 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" Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 Bilduellen: Smart City Schweiz, FP7 ICT Calipso Projekt -‐ Barcelona Smart City als Fallbeispiel 20 Perspectives Views Domain Model Anwendung des IoT Werkzeugkastens (Auszug) Akteure • • Menschen Automatische Steuerungen Dinge • • • Räume Elektrische Geräte Menschen Ressourcen • • • • Stromverbrauch Temperatur Helligkeit Raumbelegung Geräte • • Verbrauchsmesser Umgebungssensoren (Temperatur, Licht, Präsenz, etc.) Deployment & Operation • • • Unterhalt & Betrieb Sensorik Kostenmodelle Einbezug Mitarbeiter / Bürger Evolution & Interoperability • • Verwendung von Standards Offene Architektur Trust, Security & Privacy • Datenschutz vs. Nachweisbarkeit Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 21 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, 6.11.2015 22 Weiterführende Literatur IoT Comic Book Berner Fachhochschule | Stephan Haller IoT ARM IEEE IoT Definition Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 IoT Technologien & Architekturen 23 Andere IoT Architekturen und Modelle ▶ 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 Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 24 Architekturreferenzen ▶ IEEE Architecture Working Group, “IEEE Standard1471-2000, Recommended practice for architectural description of softwareintensive 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. Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 25 Danke! Thank you ありがとう Merci आभारी Grazie Gracias 謝謝 Obrigado Ευχαριστώ Tack 감사합니다 Dankie شكراXin cảm ơn благодаря Köszi Terima kasih спасибо Mahalo ขอบคุณ Ngiyabona ந"# תודה Teşekkürler Mulţumesc مرسيNdiyabulela Dzięki Grazcha Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 26 Anhang IoT Architekturen und Modelle Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 27 GS1 / EPCglobal Event Registries Search and Discovery Object Name Service (ONS) EPC Informa?on Services (EPCIS) Applica?on Level Events (ALE) - UHF Class 1 Gen2 - HF Class 1 Gen2 Tag Data Standard (TDS) Tag Data Transla?on (TDT) Source: EPCglobal Berner Fachhochschule | Stephan Haller Reader Protocols Quelle: GS1/EPCglobal Air Interface Protocols - Low-‐Level Reader Protocol (LLRP) - Reader Protocol (RP) Reader Management - Discovery Configura?on & Ini?alisa?on (DCI) - Reader Management (RM) Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 28 Quelle: uID Cneter uID – ucode Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 29 Quelle: ITU-‐T ITU-T – IoT Reference Model Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 30 Quelle: ETSI ETSI – M2M Functional Architecture Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 31 Quelle: ETSI, oneM2M oneM2M – Layered Model Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 32 Quelle: J.Höller at al., "From Machine-‐to-‐Machine to the Internet of Things", 2014 IETF Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 33 AIOTI Domain Model Quelle: AIOTI AIOTI High-Level Architecure – Functional Model Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 34
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