Eclipse Ditto 1.0:Ein Framework für Entwickler digitaler Zwillinge

Thomas Jäckle

Thomas Jäckle ist Software Developer und arbeitet seit 2010 bei Bosch. Seit 2015 ist er Lead Software Developer des Bosch IoT Things Cloud Service und seit 2017 Committer und Project Lead des Eclipse Ditto Projekts. Er hat eine Leidenschaft für Software-Handwerkskunst; kontinuierliches Lernen treibt seine Motivation an. Thomas hat einen Bachelor-Abschluss in Informatik und einen Master-Abschluss in Anwendungsarchitektur, beides von der Hochschule Furtwangen in Deutschland.

Ein digitaler Zwilling ist die digitale Darstellung einer realen Einheit oder eines Systems. Es implementiert das Datenmodell und die Prozesse, die ein physisches Objekt repräsentieren, um die Interaktion mit dem physischen Objekt in der digitalen Welt zu erleichtern. Beispielsweise kann eine Windmühle über eine digitale Zwillingsdarstellung verfügen, die verwendet wird, um die Windmühle zu steuern und Wartungspläne vorherzusagen. Die Gartner Group hat prognostiziert, dass zwei Drittel der Unternehmen mit IoT-Implementierungen einen digitalen Zwilling in der Produktion einsetzen werden.

Ein wesentlicher treibender Faktor für digitale Zwillinge besteht darin, die Komplexität von IoT-Bereitstellungen zu reduzieren. Eine durchgängige digitale Darstellung des physischen Assets erleichtert die Entwicklung von Services wie Datenanalyse, Simulation, Augmented Reality, Produktwartung usw.

Als wir das Eclipse Ditto-Projekt zum ersten Mal starteten, war es unser Ziel, die Erstellung digitaler Zwillinge zu vereinfachen. Wir wollten einen Rahmen schaffen, um ein konsistentes interoperables Format bereitzustellen, das es ermöglicht, digitale Zwillinge von Fachexperten zu entwickeln. Wir dachten, dass, wenn wir ein flexibles Framework entwickeln würden, das die grundlegende Dateninteraktion zwischen der physischen und der virtuellen Welt abwickelt, dies den Entwicklern des digitalen Zwillings ermöglichen würde, sich auf die Domäne des digitalen Zwillings zu konzentrieren.

Eclipse Dito:Ein Framework zum Bauen der Brücke zwischen Geräten und ihren digitalen Zwillingen.

Nach vielen Ermittlungen, Codierungen, Tests und Community-Beiträgen freuen wir uns, die Version 1.0 des Eclipse Ditto-Projekts vorstellen zu können. Wir sehen Ditto wirklich als einen Device-as-a-Service für Digital Twin Builder.

Eclipse Dito – Gerät als Service

Dito ist für Digital Twin Builder, die eine konsistente Ansicht über eine Vielzahl von Geräten benötigen. Der Kern von Ditto ist ein Datenmodell, das als „Ding“ bezeichnet wird und die Darstellung des physischen Geräts bereitstellt. Auf Ditto Thing kann über eine API zugegriffen werden, die es Experten für digitale Zwillingsdomänen ermöglicht, mit dem Gerät zu interagieren. Diese API erstellt im Wesentlichen ein Device-as-a-Service für die Interaktion mit einem digitalen Zwilling. Dito-Dienste unterstützen die Interaktion mit dem Datenmodell durch die folgenden Funktionen:

• Persistenz und Benachrichtigung bei Änderungen der Geräteinformationen
• Suche in verschiedenen Ditto-Dingen
• Nutzlasttransformation
• Autorisierungsrichtlinien, um den Zugriff auf bestimmte Teile eines Ditto Things einzuschränken
• Live-Kanal, der eine direkte Interaktion mit verbundenen Geräten herstellt

Gerätepersistenz und Benachrichtigungen

Eclipse Ditto speichert die neuesten Werte eines Geräts in einer Datenbank. Damit können digitale Zwillinge den zuletzt gemeldeten Wert eines Geräts abfragen. Ein digitaler Zwilling kann auch feststellen, dass er benachrichtigt werden muss, wenn sich der Wert ändert. Aufgrund einer Änderung können Geräte auch benachrichtigt werden, wenn eine Anwendung etwas am Gerät ändern möchte.

Suche

Eclipse Ditto bietet umfangreiche Suchfunktionen für eine große Anzahl von Geräten. Suchanfragen können das Erstellen einer Liste aller aktuellen Zwillinge oder das Suchen nach Zwillingen über einem bestimmten Datenschwellenwert umfassen, z. Geräte mit einer Temperatur von mehr als 20 Grad. Die Suche anhand der gemeldeten Daten wird unterstützt. Die Suche wird auch unterstützt, um die Metainformationen des Geräts abzufragen, z. Liste alle Zwillinge auf, die Temperatursensoren darstellen.

Ditto-Suchdienste könnten beispielsweise von einer Anwendung verwendet werden, die ein Dashboard erstellen möchte, um die Echtzeitdaten einer Geräteflotte anzuzeigen.

Nutzlasttransformationen

Eclipse Ditto ist geräte- und domänenunabhängig. Es kann vorhandene Geräte unterstützen, die bereits bereitgestellt wurden, und neu entwickelte Geräte. Die Art und Weise, wie diese verschiedenen Geräte die Daten formatieren und übertragen, ist oft unterschiedlich. Daher ermöglicht Ditto die Abbildung verschiedener Gerätedaten in ein konsistentes, schlankes JSON-Modell. Dadurch kann Eclipse Ditto eine konsistente Schnittstelle für einen heterogenen Satz von Geräten bereitstellen.

Autorisierung

Ditto kann den Zugriff auf die APIs basierend auf vordefinierten Autorisierungsrichtlinien einschränken. Dito Autorisierungsdienste schützen die Privatsphäre und Integrität der Gerätedaten. Nur vordefinierte autorisierte Clients erhalten Lese-/Schreibzugriff auf einzelne Elemente eines Ditto Thing. Clients werden in Ditto mit dem OAuth 2.0- und OpenID Connect-Standard authentifiziert.

Dito als Teil einer IoT-Plattform

Die Eclipse Ditto-Dienste werden normalerweise mit einer Art von IoT-Plattform bereitgestellt. Dito läuft in der Cloud und ist auf die Konnektivität zu den Geräten über verschiedene Arten von Konnektivitätsdiensten angewiesen, wie Eclipse Hono, einen MQTT-Broker, MS Azure IoT usw.

Live-Kanal

Zusätzlich zum persistenten Modus verfügt Ditto über einen „Live“-Kanal, über den eine Anwendung direkt mit einem Gerät kommunizieren kann. Unter Verwendung des Live-Kanals fungiert Ditto als Router, der Anfragen über die Gerätekonnektivitätsschicht an die tatsächlichen Geräte weiterleitet. Dieser Kanal kann auch verwendet werden, um Operationen (wie z. B. „Jetzt Licht an“) auf dem Gerät aufzurufen und eine Antwort von einem Gerät zu akzeptieren. Der dito Live-Kanal überprüft die Autorisierungsrichtlinien für ein Gerät, um sicherzustellen, dass nur autorisierte Clients Zugriff auf die Geräteinformationen haben.

Eclipse Ditto integriert Geräte nicht direkt. Der Fokus liegt auf der Bereitstellung von APIs für Webanwendungen, mobile Anwendungen oder andere Backend-Dienste.

Dito 1.0:Bereit für die Produktion

Wie ich bereits erwähnt habe, ist die Version 1.0 von Ditto jetzt verfügbar. Dies ist ein bedeutender Erfolg für unser Projekt. Innerhalb der Eclipse Foundation-Community bedeutet ein 1.0-Release eine Reihe von Dingen:1) unsere APIs sind stabil, 2) die Codebasis ist ausgereift, 3) wir werden semantische Versionierung für zukünftige Releases anwenden, 4) und alle unsere IP-Probleme sind geklärt von der Eclipse Foundation.

Auch an der horizontalen Skalierbarkeit von Ditto 1.0 haben wir enorm viel gearbeitet. Ditto läuft in einer Cluster-Umgebung und kann jetzt skalieren, um Millionen von Dingen (Zwillinge) zu unterstützen. Zu diesem Zeitpunkt ist Ditto für den Produktionseinsatz bereit.

Dito-Community und -Ökosystem

Wir möchten, dass Ditto ein Industriestandard für die Erstellung digitaler Zwillinge wird. Aus diesem Grund ist Ditto ein Open-Source-Projekt innerhalb der Eclipse IoT Working Group der Eclipse Foundation. Wir glauben, dass die Open-Source-Community der beste Weg ist, eine herstellerneutrale Community zu schaffen.

Ditto baut bereits eine gesunde Gemeinschaft von Anwendern auf. Mein Unternehmen Bosch.IO (ehemals Bosch Software Innovations) bietet Ditto als Service in der Bosch IoT Suite an. Unternehmen wie Aloxy, Othermo und Kiwigrid übernehmen Ditto als Teil ihrer IoT-Plattformen. Aloxy ist beispielsweise ein Industrial IoT-Startup, das sich auf die Überwachung industrieller Werte spezialisiert hat. Sie verwenden Eclipse Ditto, um eine gemeinsame API zu erstellen, mit der ihre Kunden die Aloxy-Werte abfragen, melden und mit ihnen interagieren können.

Schließen Sie sich uns an

Eclipse Ditto ist eine Gemeinschaftsleistung und ich möchte alle einladen, daran teilzunehmen. Es gibt eine Ditto-Sandbox und ein Repository mit Beispielen für Entwickler, die Ditto kennenlernen möchten. Unser Projekt wird auf github gehostet, daher sind PR und Probleme willkommen. Wenn Sie Ditto in Ihrer Lösung verwenden, teilen Sie uns dies bitte mit. Wir wollen wirklich eine digitale Zwillings-Community rund um Ditto aufbauen.