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OpenTuesday: Internet der Dinge (IoT) für Integratoren

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Das «Internet der Dinge» wächst unaufhaltsam. Viele Produkte wie Wearables mit integrierten Sensoren, Lampen mit Bewegungsmeldern oder intelligente Küchenmaschinen sind mit dem Internet verbunden und verfügen über «smarte» Funktionen. Doch braucht es für die Programmierung zwingend C/C++?

Marchel Bernet zeigte in seinem OpenTuesday-Referat spannende IoT-OpenSource-Projekte, die auf Java basieren. Am Beispiel der «Smart Eclipse Home» erklärte er, wie sich die Intelligenz dank einheitlichen, sicheren und plattformübergreifenden Kommunikationsstandards sowie performanten Low-cost-Java-Server-Plattformen über das Netz verteilen lässt und die eigentlichen Anwendungen an Java Server delegiert werden können.

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OpenTuesday: Internet der Dinge (IoT) für Integratoren

  1. 1. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 1/53 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren
  2. 2. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 2/53 Über Marcel mc­b Bernet Nach langen Jahren als Stabstelle und Technologie Vordenker bei diversen Firmen und der öffentlichen Verwaltung und Mitglied in diversen Expertenkommissionen widmet sich Marcel Bernet heute hauptsächlich der Beratung und Schulung. Als ehemaliger /ch/open Präsident und heutiges Ehrenmitglied entwickelt und fördert er Open Source und setzt diese in seinen Projekten ein. Projekte IoTKit (C/C++, Open Hardware) 3D Druck (Open Manufacturing) microSRCP (C/C++, Open Hardware/Manufacturing) microHOME (C/C++, Smart Home)
  3. 3. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 3/53 Agenda Internet der Dinge (IoT) Smart Home Industrie V4.0 Big Data (Data Analytics)
  4. 4. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 4/53 Internet der Dinge (IoT) Das «Internet der Dinge» vereint die physische mit der digitalen Welt und bietet so die Möglichkeit für neue Geschäftsmodelle.
  5. 5. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 5/53 IoT Ecosystem (Ökosystem) Industrie 4.0 Machine­to­Machine (M2M) Eingebettete (Embedded) Systeme
  6. 6. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 6/53 IoT Einsatzgebiete (Zukunft)
  7. 7. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 7/53 Architektur: IoT Layer Quelle: http://www.iot­lab.ch/wp­content/uploads/2014/11/EN_Bosch­Lab­White­Paper­GM­im­IOT­1_3.pdf
  8. 8. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 8/53 Architektur: Netzwerk Layer Little Data ­ Daten von Sensoren und Aktoren, Ressourcenschonend, an einen Device Server übermitteln (z.B. Temperaturwert). Device Server ­ Informationen sammeln. Interoperabilät zwischen Geräteprotokollen und REST herstellen. Big Data ­ Technologien: zum Sammeln und Auswerten von Daten.
  9. 9. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 9/53 Weitere Informationen QIVICON Initiative: QIVICON kompatible Produkte Samsung SmartThings 13 Produkte für Kleinkinder
  10. 10. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 10/53 IoT Hardware Anforderungen mbed Plattform IoT Board und Shield GPIO SoC
  11. 11. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 11/53 IoT Hardware: Anforderungen Einfache Einbindung in bestehende Netzwerke (Ethernet, WLAN, 6LoWPAN, Mobilfunk, Bluetooth) Anpassung an limitierte Ressourcen der Geräte (min. 32KB Flash, 4KB RAM) oder Wissen der Anwender Antwortzeiten unter 100 Millisekunden für eine typische Interaktion (z.B. im Auto) Nahtlose Integration mit Smartphones und Tablets (Mobile First) Minimaler Stromverbrauch für lange Batterielebensdauer (ein Jahr und länger) Quelle Bild: swisscom M2M Day 2015
  12. 12. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 12/53 IoT mbed Plattform mbed ist Platform und Betriebssystem für Internet­verbundene Geräte auf Basis von 32­Bit­ ARM Cortex­M ­Mikrocontroller. Eine Komponenten Library ergänzt die mbed Plattform.
  13. 13. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 13/53 IoT Board und Shield FRDM K64F Mikrocontrollerboard IoTKit SMD Shield
  14. 14. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 14/53 IoT Board GPIO Allzweckeingabe/­ausgabe (engl. GPIO ­ General Purpose Input/Output) ist ein allgemeiner Kontaktstift (Pin) an einem Mikrocontroller, dessen Verhalten, unabhängig, ob als Eingabe­ oder Ausgabekontakt, durch logische Programmierung frei bestimmbar ist. GPIO­Kontakten ist kein Zweck vorgegeben, sie sind daher standardmässig unbelegt.
  15. 15. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 15/53 SoC System­on­a­Chip (SoC, dt. Ein­Chip­System), versteht man die Integration aller oder eines großen Teils der Funktionen eines Systems auf einem Chip, z.B. ARM Cortex M0 und Bluetooth.
  16. 16. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 16/53 Hardware: Weitere Informationen mbed Platforms mbed Components FRDM K64F IoTKit SMD Shield Ultra­low­power Bluetooth Smart SoC with integrated ARM Cortex­M (CHF 1.36 ­ 2.57) Fitness Tracker Fitness Tracker: Hack in Progress Freescale KL46Z Kinetis KL4 MCU Fitness Tracker Beispiel für KL46Z
  17. 17. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 17/53 IoT Software IoT Cloud (IDE) Compiler mbed OS Programmiersprache GPIO Klassen
  18. 18. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 18/53 IoT Cloud (IDE) Compiler
  19. 19. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 19/53 IoT mbed Full­Stack­Plattform Mit der mbed Version 3 entsteht eine Full­Stack­Plattform (Durchgängig, Umfassend), mit Hardware Abstraktion, Konnektivität, Sicherheit Power­Management etc.
  20. 20. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 20/53 mbed GPIO Klassen DigitalOut ­ Setzt den Pin auf 0 oder 3.3 Volt DigitalIn ­ Auslesen der Spannung 0 oder 3.3 Volt AnalogIn ­ Auslesen einer analogen Spannung 0 ­ 5.0 Volt PwmOut ­ Erzeugen einer Spannung von 0 ­ 3.3 Volt, mittels Pulsweitenmodulation (PWM)
  21. 21. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 21/53 mbed Beispiel(e) und Demo Komplettes Beispiel: Motor_DigitalOut
  22. 22. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 22/53 Smart Home Smart Home Software IoT Connectivity Smart Home Binding Integration
  23. 23. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 23/53 Smart Home: Software openHAB (open Home Automation Bus) ist eine in Java entwickelte Softwarelösung, die Komponenten zur Gebäudeautomatisierung, Hersteller­ und Protokollneutral in einer Plattform miteinander verbindet. openHAB ist durch Hinzufügen weiterer Bindings um zusätzliche Technologien/Protokolle erweiterbar.
  24. 24. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 24/53 IoT Connectivity: Übersicht Die mbed Plattform beinhaltet eine RPC Library (RPC ­ „Aufruf einer fernen Prozedur“), welche ausgesuchte mbed Objekte (DigitalPin, DigitalOut etc.) mittels Serieller Schnittstelle oder via HTTP Aufrufen, zur Verfügung stellt.
  25. 25. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 25/53 IoT Connectivity: Beispiel Komplettes Beispiel: RPCHTTPServerSimple
  26. 26. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 26/53 IoT Connectivity: Client (Demo) Aktor (LED) Wert setzen Aktor Motor Vor­/Zurück und Stop setzen Sensor (Potentiometer) Wert auslesen
  27. 27. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 27/53 Smart Home Binding: Definition Geräte
  28. 28. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 28/53 Smart Home Binding: Java Komplettes Beispiel: /ch/open Workshoptage
  29. 29. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 29/53 Smart Home: Demo
  30. 30. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 30/53 Smart Home: Integration Integration via REST gegen Smart Home Server Smart Home Server wird zum Device Server
  31. 31. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 31/53 Industrie V4.0 Protokolle und Standards Services & Frameworks Integration
  32. 32. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 32/53 Standards und Protokolle HTTP MQTT CoAP
  33. 33. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 33/53 HTTP Das Hypertext Transfer Protocol (HTTP, englisch für Hypertext­ Übertragungsprotokoll) ist ein Protokoll zur Übertragung von Nachrichten und Daten. Jede Nachricht besteht dabei aus zwei Teilen, dem Nachrichtenkopf (englisch Message Header, kurz: Header oder auch HTTP­Header genannt) und dem Nachrichtenrumpf (englisch Message Body, kurz: Body).
  34. 34. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 34/53 MQTT Message Queue Telemetry Transport (MQTT) ist ein offenes Nachrichten­Protokoll für Machine­to­Machine­Kommunikation (M2M). MQTT implementiert das Publish/Subscribe­Pattern. Es ersetzt die Punkt­zu­Punkt­Verbindungen durch einen zentralen Server (Broker).
  35. 35. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 35/53 CoAP Constrained Application Protocol (Coap) ist ein Software­Protokoll welches für Internet der Dinge Geräte zugeschnitten ist. COAP ist auf den meisten Geräten, die UDP Unterstützen, lauffähig. Ein COAP fähiges Gerät publiziert seine Sensoren und Aktoren in einem Resource Directory oder stellt selber ein solches zur Verfügung. Mittels Resource Discovery können die vorhandenen Sensoren und Aktoren abgefragt werden.
  36. 36. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 36/53 REST Representational State Transfer (abgekürzt REST, seltener auch ReST) bezeichnet ein Programmierparadigma für verteilte Systeme. REST ist eine Abstraktion der Struktur und des Verhaltens des World Wide Web. REST fordert, dass eine Web­ Adresse genau einen Seiteninhalt repräsentiert, und dass ein Web­/REST­Server auf mehrfache Anfragen mit demselben URI auch mit demselben Webseiteninhalt antwortet. Der Vorteil von REST liegt darin, dass im WWW bereits ein Großteil der für REST nötigen Infrastruktur (z. B. Web­ und Application­Server, HTTP­fähige Clients, HTML­ und XML­Parser, Sicherheitsmechanismen) vorhanden ist, und viele Web­Dienste per se REST­konform sind. So ist eine Webseite, auf der ständig die aktuelle Uhrzeit in immer demselben Format abrufbar ist, REST­konform. HTTP und CoAP folgen dem REST Paradigma.
  37. 37. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 37/53 Industrie V4.0 Services & Frameworks
  38. 38. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 38/53 iot.eclipse.org Das IoT Eclipse Ecosystem ist eine Sammlung von Internet der Dinge Projekten: Eclipse Smart Home (openHAB2), LWM2M, Mosquitto etc.
  39. 39. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 39/53 iot.eclipse.org: Californium & Leshan Californium Ist ein Framework zum Erstellen von CoAP Clients in Java. Leshan  Leshan Erweitert Californium um einen Lightweight M2M (LWM2M) Server Beinhaltet: RD ­ Resource Directory (Verwalten von CoAP Clients) Eine Web Oberfläche REST API Standard Device Management Objects (1 = Server, 3 = Gerät, 3201 = Digital Output etc.)
  40. 40. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 40/53 iot.eclipse.org: Leshan (Demo)
  41. 41. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 41/53 Industrie V4.0: Integration
  42. 42. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 42/53 Industrie V4.0: Links Open Mobile Alliance IoT Eclipse CoAPLeshan Beispiel MQTT Beispiel
  43. 43. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 43/53 Big Data Technologien: zum Sammeln und Auswerten von Daten. Trends Beispiele Integration
  44. 44. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 44/53 Big Data: Trends Machine Learning Erkennen von semantischen Zusammenhängen in riesigen Datenmengen (z.B. Abnormalitäten) Digitale Transformation Daten, die ohnehin in Massen verfügbar sind, in einen neuen Kontext stellen und auf neuartige Weise verknüpfen Predictive Analytics die Fähigkeit, auf Basis von verfügbaren Daten verlässliche Prognosen zu erstellen Leichtgewichtige Datenintegration Daten und Informationen über alle Abteilungs­ und Applikationsgrenzen hinweg intelligent zu verknüpfen Datenvisualisierung und 360­Grad­Sicht Explorative Navigation durch Informationen und deren Visualisierung Quelle: Computerwoche.de
  45. 45. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 45/53 Big Data: Amazon Cloud Workflow Quelle: Amazon IoT
  46. 46. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 46/53 Big Data: ThingSpeak (Demo) Public Channel Komplettes Beispiel: HTTPPOSTThinkSpeak
  47. 47. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 47/53 Big Data: Beispiel Eindhoven Quelle: eCH GV 2014 ­ Intelligentes Verkehrsleitsystem
  48. 48. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 48/53 Big Data: Beispiel Rio de Janeiro Quelle: eCH GV 2014 ­ Katastrophenschutz
  49. 49. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 49/53 Big Data: Integration ProgrammableWeb API Directory
  50. 50. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 50/53 Big Data: Links Vereine und Technologien: http://opendata.ch NoSQL Datenbanken Semantisches Web Anbieter und Strategien: Amazon Cloud IBM Cloud ThingSpeak plot.ly IoT Strategien von Amazon, IBM, Microsoft, SAP etc.
  51. 51. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 51/53 IoT Trends (Gartner) 1. In der IoT­Ära benötigen nicht, wie bisher nur Mitarbeiter und Kunden ein Identitätsmanagement, sondern auch IoT­Geräte 2. IoT­Analytics Entwickelt sich zu einer eigenen Disziplin und Produktkategorie 3. Anbieter von Enterprise Mobility Management (EMM) Akquirieren Spezialisten für IoT­Software­Plattformen. 4. Es Entsteht eine weitere neue Software­Kategorie: IoT­ Subskription und ­Abrechnung. Quelle: Computerwoche.de
  52. 52. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 52/53 Links Kurse ­ Internet der Dinge für Implementierer Grundlagen Aufbau 1 ­ Komplexe Anwendungen Aufbau 2 ­ «Dinge» und die Cloud Aufbau 3 ­ Raspberry Pi und Co. als Server Internet der Dinge für Integratoren ­ in Plannung Infrastructure as Code ­ in Plannung Big Data / NoSQL Datenbanken ­ in Plannung /ch/open OBL vom 4.2.16: Infrastructure as Code Repository mit Docker Images
  53. 53. 1.2.2016 Internet der Dinge (IoT) für Integratoren, Copyright (c) 2016, Marcel mc­b Bernet, Zürich http://localhost:8000/#1 53/53 Fragen?

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