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Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 1
Ein Referenzmodell für das Internet der Dinge? Stephan Haller
Berner-Architekten-Treffen
6. November 2015
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1. Was ist das Internet der Dinge?
2. Referenzmodelle und –Architekturen und deren Nutzen
3. Smart City als Anwendungsfall
Agenda
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1. Was ist das Internet der Dinge?
2. Referenzmodelle und –Architekturen und deren Nutzen
3. Smart City als Anwendungsfall
Agenda
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Was ist das "Ding" im Internet der Dinge?
Entity of Interest Device
oder
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Identifikation individueller Objekte ▶ Serialisierung ▶ Lebenszyklus eines spezifischen Objektes
3 wichtige Charakteristika
Veränderung der realen Welt ▶ Aktuation, physische Manipulation ▶ Verhaltensänderungen
▶ Autonome, intelligente Objekte
Visibilität der realen Welt ▶ Tracking der Lokation von Objekten ▶ Statusmonitoring von Objekten und Orten
▶ Kontekt eines Objektes
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IoT betrifft unterschiedlichste Aspekte
Businessmodelle und Ökosysteme
Dienste und Anwendungen
Softwarearchitektur
Basistechnologien und Systemarchitektur
Man
agem
ent
Sich
erhe
it &
Dat
ensc
hutz
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
Gesellschaftliche Auswirkungen
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1. Was ist das Internet der Dinge?
2. Referenzmodelle und –Architekturen und deren Nutzen
3. Smart City als Anwendungsfall
Agenda
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Ein architektonisches Referenzmodell für IoT?
Konkrete Architekturen
Konkrete Systeme
constraints, opportunities and feedback
design, engineer, build, test
Referenz- architektur
extracting essentials
architect
Referenz- modell
domain understanding
guide
Quellen: First Reference Model White Paper, IoT-‐i project Bildquellen: ETSI, SmartGrids ETP
Adap(ert nach: G.Muller, “A Reference Architecture Primer”, 2008
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▶ Ursprünglich entwickelt im EU-Forschungsprojekt IoT-A
▶ Weiterverwendung / Grundlage für erweiterte Modelle
Kontext des vorgestellten Referenzmodells
AIOTI ALLIANCE FOR INTERNET OF THINGS INNOVATION
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IoT Architectural Reference Model
Ein architektonischer "Werkzeugkasten"
Reference Model Reference Architecture Views Perspectives
Guidance
Domain Model
Information Model
Functional Model
Communication Model
Security & Trust Model
Functional View
Information View
Deployment & Operations View
Evolution & Interoperability
Performance & Scalability
Availability & Resilience
Trust, Security, Privacy
Reference Manual Process Interactions Use Cases
Quelle: IoT-‐A Projekt;
Vollständ
iges ARM
verfügb
ar unter hCp://www.iot-‐a.eu/pub
lic/pub
lic-‐docum
ents/d1.5/
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Schlüsselkonzept: "Augmented Entity"
represents
1..* 1
Physical Entity
0..* contains
Virtual Entity
Virtual En+ty: Computa(onal or data element represen(ng a Physical En(ty with a unique ID
1
1 1
Augmented Entity
1..*
Quelle: IoT-‐A Projekt
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Virtuelle Entitäten sind IT-basierte Artefakte
represents
1..* 1
1
1 1
Physical Entity
0..* contains
Augmented Entity
Virtual Entity
Digital Artefact
Passive Digital
Artefact
Active Digital
Artefact
XOR
Digital Artefact: Any computa(onal or data element of an IT-‐based system
1..*
Quelle: IoT-‐A Projekt
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Komplettes IoT Domain Model
Augmented Entities Physical Entity + Virtual Entity
Devices Sensors,
Tags, Actuators
Resources Components for data and/or functionality access
Services Integration & Interoperability Layer
Users Human,
Active Digital Artefact
Quelle: IoT-‐A Projekt
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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
Praktischer Nutzen des Domain Models
Quelle: S.Haller, A.Serban
a(, M
.Bau
er, F.Carrez, "A
dom
ain mod
el fo
r the Internet of T
hing
s", 2013
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IoT Architectural Reference Model
Ein architektonischer "Werkzeugkasten"
Reference Model Reference Architecture Views Perspectives
Guidance
Domain Model
Information Model
Functional Model
Communication Model
Security & Trust Model
Functional View
Information View
Deployment & Operations View
Evolution & Interoperability
Performance & Scalability
Availability & Resilience
Trust, Security, Privacy
Reference Manual Process Interactions Use Cases
Quelle: IoT-‐A Projekt;
Vollständ
iges ARM
verfügb
ar unter hCp://www.iot-‐a.eu/pub
lic/pub
lic-‐docum
ents/d1.5/
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IoT-A Referenzarchitektur: Funktionale Dekomposition
Quelle: IoT-‐A Projekt (ad
aptoert)
Application
Device
Man
ag
em
en
t
Secu
rity
Communication
Serv
ice O
rgan
izati
on
IoT Service
Virtual Entity
IoT Process Mgmt
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Prozess zur Implementierung einer IoT-Lösung
<<information>> Use Cases &
Requirements
<<resource>> IoT
Architectural Reference
Model
<<resource>> Engineering Strategies
Concrete Architecture
Concrete Implementatio
n
System Design
Unterstützung via Best Prac(ces
Quelle: IoT-‐A Projekt
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1. Was ist das Internet der Dinge?
2. Referenzmodelle und –Architekturen und deren Nutzen
3. Smart City als Anwendungsfall
Agenda
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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"
Smart City als Fallbeispiel
Bilduellen: Smart C
ity Schweiz, FP7
ICT Ca
lipso Projekt -‐ Ba
rcelon
a
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Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 21
Anwendung des IoT Werkzeugkastens (Auszug) D
om
ain
Mo
del
Akteure • Menschen • Automatische Steuerungen
Dinge • Räume • Elektrische Geräte • Menschen
Ressourcen • Stromverbrauch • Temperatur • Helligkeit • Raumbelegung
Geräte • Verbrauchsmesser • Umgebungssensoren (Temperatur, Licht,
Präsenz, etc.)
Vie
ws Deployment &
Operation • Unterhalt & Betrieb Sensorik • Kostenmodelle • Einbezug Mitarbeiter / Bürger
Pers
pect
ives Evolution & Interoperability
• Verwendung von Standards • Offene Architektur
Trust, Security & Privacy
• Datenschutz vs. Nachweisbarkeit
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Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 22
▶ 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
Fazit
Berner Fachhochschule | Stephan Haller
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Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 23
Weiterführende Literatur
IoT Comic Book IoT ARM IEEE IoT Definition
IoT Technologien & Architekturen
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Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 24
▶ 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
Andere IoT Architekturen und Modelle
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Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 25
▶ IEEE Architecture Working Group, “IEEE Standard1471-2000, Recommended practice for architectural description of software-intensive 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.
Architekturreferenzen
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Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 26
Danke! Thank you ありがとう Merci आभारी Grazie Gracias 謝謝 Obrigado Ευχαριστώ Tack 감사합니다 Dankie شكرا Xin cảm ơn благодаря Köszi Terima kasih спасибо Mahalo ขอบคุณ Ngiyabona ந"# תודה Teşekkürler Mulţumesc مرسي Ndiyabulela Dzięki Grazcha
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Anhang IoT Architekturen und Modelle
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Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 28
GS1 / EPCglobal
Search and Discovery
Event Registries
Source: EPCglobal
Air Interface Protocols - UHF Class 1 Gen2 - HF Class 1 Gen2
Tag Data Standard (TDS) Tag Data Transla?on (TDT)
Reader Protocols - Low-‐Level Reader Protocol (LLRP) - Reader Protocol (RP) Reader Management - Discovery Configura?on & Ini?alisa?on (DCI) - Reader Management (RM)
Applica?on Level Events (ALE)
EPC Informa?on Services (EPCIS)
Object Name Service (ONS)
Quelle: GS1/EPC
glob
al
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Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 29
uID – ucode
Quelle: uID Cneter
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Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 30
ITU-T – IoT Reference Model
Quelle: ITU-‐T
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Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 31
ETSI – M2M Functional Architecture
Quelle: ETSI
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Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 32
oneM2M – Layered Model
Quelle: ETSI, on
eM2M
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Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 33
IETF
Quelle: J.Hö
ller a
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the Internet of T
hing
s", 2014
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Berner Fachhochschule | Stephan Haller Berner-Architekten-Treffen, 6.11.2015 34
AIOTI
Quelle: AIOTI
AIOTI High-Level Architecure – Functional Model
Domain Model