Harmonisierung bestimmter Gerätenutzlasten mit Eclipse Vorto

Alexander Edelmann

你好(Chinesisch für „Hallo“), ich lebe in Singapur und arbeite seit 2006 als Software-Ingenieur für Robert Bosch. Ich interessiere mich für IoT und glaube an offene Standards, die das erfolgreiche Zusammenspiel von Geräten über verschiedene IoT-Plattformen hinweg bestimmen . Deshalb beteilige ich mich aktiv am Projekt Eclipse IoT Vorto, das darauf abzielt, cloudbasierte Tools bereitzustellen, um IoT-Geräte einheitlich zu beschreiben und auf Basis offener IoT-Standards in verschiedene IoT-Plattformen zu integrieren. Abgesehen von meiner IoT-Geek-Seite genieße ich die asiatische Küche, die es mir ermöglicht, meine Essstäbchen-Fähigkeiten zu üben. Du kannst mich auch auf dem Platz finden, wie ich mit meinen Freunden ein paar Tennisbälle schlage.

In einer technischen Umgebung ohne globalen Standard haben Hersteller von IoT-Geräten, Integratoren und Plattformanbieter Schwierigkeiten, mit den enormen Mengen unterschiedlicher Nutzlastformate, APIs und proprietärer Protokolle Schritt zu halten.

Das Open-Source-Projekt Eclipse Vorto geht dieses Problem an, indem es cloudbasierte Editoren bereitstellt, um herstellerspezifische Gerätenutzlasten als wiederverwendbare Vorto-Funktionsblöcke zu abstrahieren. Diese werden dann aggregiert, um ein ganzes Gerät in Form eines Vorto-Informationsmodells zu beschreiben. Informationsmodelle und Funktionsblöcke sind in Vortolang . geschrieben , eine einfache Grammatik zu  Definieren Sie Schnittstellen zwischen einem physischen Gerät und seinem digitalen Zwillings-Gegenstück. IoT-Lösungen kommunizieren mit physischen Geräten nur über diese abstrakten Funktionsblöcke und ihr zugehöriges Datenschema. Auf diese Weise werden IoT-Lösungen von der Fülle unterschiedlicher Gerätedatenformate, APIs und Codierungen entkoppelt. Aber wie konvertiert man die Gerätedaten in diese abstrakten Function Block Interfaces? Einfach:mit sogenannten Vorto Mapping Specifications, die alle nötigen Anweisungen enthalten, um gerätespezifische Nutzlasten zu harmonisieren.

Nutzlastnormalisierung im Allgemeinen

Die Normalisierung von Daten kann je nach Anforderungen des IoT-Use-Cases auf unterschiedlichen Systemknoten erfolgen. Diese Trennung ermöglicht es Unternehmen, die volle Kontrolle darüber zu behalten, wo sie ihre proprietären in normalisierte Daten umwandeln.

1. Normalisierung auf einem Geräteknoten
   In diesem Szenario ist das IoT-Gerät ein intelligentes Gerät, das mithilfe der integrierten Sensoren zusätzliche Dienste bereitstellt. Ein Beispiel ist ein intelligenter Ofen von Bosch, der eine integrierte Analyse normalisierter Daten bietet; Daten, die in einem Cloud Data Lake aggregiert werden könnten.
2. Normalisierung auf einem Gateway-Knoten
   Ein Gateway, das mehrere Sensoren oder Geräte über verschiedene Protokolltreiber (BLE, GPIO usw.) verbindet, harmonisiert die Gerätedaten, um Gateway-Funktionalität bereitzustellen, z. B. Analysefunktionen oder andere geschäftsspezifische Funktionen.
3. Normalisierung auf einem IoT-Plattformknoten
   Ähnlich wie in einem Gateway-Knoten normalisiert eine Cloud-IoT-Plattform eingehende Telemetriegerätedaten von verschiedenen Protokolladaptern (MQTT, CoAP usw.), um Mehrwertdienste für Northbound-IoT-Lösungen bereitzustellen. Beispiele sind Geräteverwaltungs- oder Datenanalysefunktionen.
4. Normalisierung auf einem Anwendungsknoten
   Eine Anwendung würde Daten normalisieren, um unabhängig von unterstützten Geräten zu bleiben und sich mehr auf die anwendungsspezifischen Geschäftsfunktionen zu konzentrieren, anstatt technische, gerätespezifische Datendecoder zu implementieren.

Manchmal ist ein Gerät ganz einfach nicht in der Lage, Payload-Mapping durchzuführen. Aber es gibt auch andere Faktoren, die eine Rolle spielen können. Denken Sie an die Einschränkungen, die mit dem Senden von Daten an das Back-End über eine mobile Verbindung einhergehen. Oft möchten Sie die Datenmenge, die Sie übertragen, auf ein Minimum beschränken. Das Problem besteht darin, dass die Gerätenutzlast nach dem Mapping aufgrund der Normalisierung und Konvertierung von Binärdaten und ähnlichen Informationen stärker aufgebläht ist. Um Bandbreite zu sparen, kann es daher sinnvoller sein, das Payload-Mapping auf einem anderen Systemknoten durchzuführen; auf der Plattform zum Beispiel.

Wenn auf dem Gerät keine Nutzlastzuordnung durchgeführt wird, ist eine andere Entität erforderlich, die diesen Schritt ausführen kann. Sie müssen eine Mapping-Engine verwenden, die es ermöglicht, Nutzlasten entweder auf einem Vermittler – wie einem Gateway – der Plattform oder direkt in der Anwendung zu transformieren.

Quelle:Eclipse Vorto Die Normalisierung von Daten kann entweder auf einem Geräteknoten (1), auf einem Gateway-Knoten (2), auf einem IoT-Plattform-Knoten (3) oder auf einem Anwendungsknoten (4) erfolgen.

Tim Großmann

Als deutscher Informatikstudent habe ich in den letzten anderthalb Jahren Einsätze in 3 verschiedenen Abteilungen bei Bosch übernommen. Ich interessiere mich besonders für Open Source- und EduTech-Technologien. Ich glaube, dass das IoT und die Automatisierung ein enormes Potenzial haben, die Art und Weise, wie Menschen leben, arbeiten und das Leben genießen, sowohl zu verändern als auch zu verbessern. Als leidenschaftlicher Lerner und Entwickler bin ich immer daran interessiert, neue Fähigkeiten und Tools zu erlernen. Neben meiner regulären Arbeit habe ich den weltweit größten kostenlosen Open-Source-Automatisierungsbot für Instagram aufgebaut und betreue ihn jetzt. In meiner Freizeit genieße ich Kletterausflüge mit Freunden und Reisen in fremde Länder.

Wie Eclipse Vorto die Normalisierung angeht

Eclipse Vorto bietet eine Laufzeitbibliothek, die über ein Vorto-Informationsmodell für das Gerät konfiguriert werden kann. Es enthält eine Mapping-Spezifikation, die das Informationsmodell mit gerätespezifischen Payload-Konvertierungsregeln anreichert. In der Praxis verwendet die Laufzeitbibliothek die Nutzlast des Geräts als Eingabe und gibt dann die konvertierte und normalisierte Nutzlast aus, indem sie die Zuordnungsspezifikation anwendet.

Die Mapping-Spezifikation wird im Vorto Repository verwaltet und versioniert, zusammen mit dem Informationsmodell für das Gerät. Dadurch ist es möglich, die Mapping-Spezifikation für andere Anwendungsfälle wiederzuverwenden, unabhängig davon, ob die Normalisierung auf dem Gerät, dem Gateway, der Plattform oder dem Anwendungsknoten erfolgt. Die Zuordnungsbibliothek wird derzeit auf der Java- und Node.js-Plattform unterstützt. Lesen Sie mehr über die Vorto-Payload-Mapping-Bibliothek.

Beispiel:Industriedaten mit Eclipse Vorto normalisieren

Um die zuvor beschriebenen Konzepte zu verdeutlichen, werden wir uns ein konkretes Beispiel ansehen, wie das Vorto-Informationsmodell und die Mappings verwendet werden.

In unserem Fall senden wir CSV-Daten von einem Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) an einen Eclipse Hono MQTT-Anschluss.

Die Middleware für die Normalisierung von Vorto Payload verwendet die Daten von Eclipse Hono, leitet sie durch die Vorto Payload Mapping Engine und stellt die normalisierten Gerätedaten als AMQP-Thema bereit. Jeder AMQP 1.0-Abonnent kann jetzt harmonisierte Gerätedaten abrufen und unabhängig vom angeschlossenen Gerät mithilfe einer digitalen Zwillingslösung wie Bosch IoT Things verarbeiten.

In unserem Beispiel verwenden wir Eclipse Ditto, einen Open-Source-Dienst für digitale Zwillinge, der die normalisierten Eclipse-Vorto-Daten empfängt und speichert. Das Vorto Dashboard fordert dann die Daten von der digitalen Zwillings-API von Eclipse Ditto an und rendert die Daten mit vordefinierten Eclipse Vorto-kompatiblen UI-Widgets.

Quelle:Eclipse Vorto Der vollständige konzeptionelle Aufbau unserer Geräte-Payload-Mapping-Pipeline.

Wenn Sie sehen möchten, wie die gesamte Pipeline der Zuordnung verschiedener Gerätenutzlasten mit der Vorto Mapping Engine funktioniert, besuchen Sie die Vorto Dashboard-Demo.

Dieser Artikel gibt nur eine kurze Einführung in Payload Mappings. Wenn Sie den gesamten Prozess der Einrichtung dieser Pipeline für Ihre eigenen Anwendungsfälle durchlaufen möchten, können Sie dazu unser ausführliches Tutorial verwenden. Es wird Schritt für Schritt erklärt, wie Sie Ihre benutzerdefinierten Gerätenutzlasten zuordnen.