Vereinfachung der IoT-Entwicklung mit Eclipse IoT

Kai Hudalla

Kai Hudalla hat bei Bosch an Lösungen für das Internet der Dinge in Anwendungsdomänen wie Smart Home, Energiemanagement, E-Mobilität und Automotive gearbeitet, lange bevor der Begriff seine jüngste Popularität und Allgegenwart erreichte. Er ist aktiver Committer in mehreren Eclipse IoT-Projekten, darunter das Eclipse Hono-Projekt, das darauf abzielt, eine Integrationsplattform für die Anbindung von Millionen von Geräten an die Cloud bereitzustellen. Kai ist regelmäßiger Redner auf Konferenzen und kocht und spielt gerne Golf, wenn die Wetterbedingungen es zulassen.

Die Verbindung von Geräten mit IoT-Anwendungen, die Verwaltung digitaler Zwillinge und die Abwicklung von Software-Update-Prozessen sind drei Schlüsselfunktionen, die von verschiedenen Anbietern in ihren proprietären IoT-Serviceangeboten angesprochen werden. Aus unserer Sicht besteht auch ein echter Bedarf, diese Funktionalitäten in einem Open-Source-Kontext bereitzustellen.

Dies basiert auf der einfachen Tatsache, dass Unternehmen sich nicht ausschließlich auf einen einzigen Anbieter verlassen oder von proprietären Drittplattformen abhängig sein wollen. Darüber hinaus möchten sie möglicherweise IoT-Cloud-Dienste innerhalb ihrer eigenen Infrastruktur nutzen. In dieser Hinsicht ist die Nutzung von Open-Source-Projekten für IoT-Lösungen der beste Weg.

Schaut man sich Eclipse IoT-Projekte an, wird deutlich, dass diese bereits aus technischer Sicht Gerätekonnektivität, digitale Zwillinge und Software-Rollouts abdecken. Diese Projekte existieren jedoch unabhängig voneinander, und ihre Integration ist mit hohem Aufwand für die Nutzer verbunden. Die Eintrittsbarriere ist relativ hoch.

Wir erstellen ein vorintegriertes, kohärentes IoT-Paket, um dieses Problem zu lindern, indem wir Eclipse Hono, Eclipse Ditto und Eclipse hawkBit zusammenbringen. Dank des vorkonfigurierten Formats müssen sich Entwickler keine Gedanken mehr um die Integration der verschiedenen Open-Source-Projekte machen. Dies senkt die Eintrittsbarriere und erleichtert die Nutzung dieser Eclipse-IoT-Projekte für IoT-Lösungen, sodass Benutzer schneller loslegen und die Anforderungen gängiger IoT-Szenarien besser erfüllen können.

Ein integriertes IoT-Paket

Ziel ist es, ein Cloud-basiertes IoT-Paket auf Basis von Eclipse Hono, Eclipse Ditto und Eclipse hawkBit zu erstellen, das einfach bereitgestellt und in Kubernetes-basierten Umgebungen verwendet werden kann.

Eclipse Hono:Ein Dienst zur Interaktion mit verbundenen Geräten

Eclipse Hono bietet Remote-Service-Schnittstellen, um eine große Anzahl von IoT-Geräten mit einem Backend zu verbinden und auf einheitliche Weise mit ihnen zu interagieren – unabhängig vom Gerätekommunikationsprotokoll. Es unterstützt Geräte, die über gängige IoT-Protokolle wie HTTP, MQTT und AMQP kommunizieren. Es bietet auch APIs für wichtige IoT-Kommunikationsmuster:Telemetrie- und Ereignisnachrichten können von Geräten verwendet werden, um Sensormesswerte zu melden; Anwendungen können Command &Control verwenden, um Operationen auf Geräten auszulösen.

Thomas Jäckle

Thomas Jäckle ist Softwareentwickler und arbeitet seit 2010 bei Bosch. Seit 2015 ist er Lead Software Developer des Bosch IoT Things Cloud Service und seit 2017 Committer und Projektleiter 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.

Eclipse Dito:Digitale Zwillinge verwalten

Eclipse Ditto ist der Ort, an dem IoT-Geräte und ihre digitalen Zwillinge zusammenkommen. Mit diesem Framework können Sie den Zustand digitaler Zwillinge verwalten. Durch die Bereitstellung einer Suchfunktion für Metadaten und Zustandsdaten ermöglicht Ihnen Eclipse Ditto auch, Ihre digitalen Zwillinge zu organisieren und eine Brücke zwischen realen IoT-Geräten über ihre digitalen Darstellungen und Anwendungen zu bauen. Dabei nutzt es verschiedene Protokolle wie AMQP 1.0, AMQP 0.9.1, MQTT, Apache Kafka oder HTTP/WebSockets.

Eclipse hawkBit:Software-Updates verwalten und kontrollieren

Eclipse hawkBit ist ein domänenunabhängiges Back-End-Framework zum Ausrollen von Software-Updates auf weniger leistungsstarke Edge-Geräte sowie leistungsfähigere Controller und Gateways, die mit einer IP-basierten Netzwerkinfrastruktur verbunden sind. Auf diese Weise können Sie die Firmware, Software und Anwendungen auf Ihren Geräten aktuell und sicher halten und gleichzeitig neue Einnahmequellen erschließen, z. B. die Monetarisierung von Funktionserweiterungen.

Die High-Level-Architektur des vorintegrierten IoT-Pakets bestehend aus Eclipse Hono, Eclipse Ditto und Eclipse hawkBit.

High-Level-Architektur des IoT-Pakets

Jeroen Laverman

Jeroen Laverman arbeitet seit 2015 bei Bosch. Angefangen im Bereich Geräteabstraktion und Semantik wechselte er in den Bereich Software-Updates. 2018 wurde er Product Owner von Bosch IoT Rollouts und Projektleiter des Eclipse hawkBit Projekts. Jeroen hat einen Bachelor-Abschluss in Technischer Informatik der Hochschule Furtwangen und einen Master-Abschluss in Informatik der Hochschule Pforzheim Business School.

Eclipse Hono enthält eine Reihe von Protokolladaptern, die es Geräten ermöglichen, sich über gängige Kommunikationsprotokolle wie MQTT, HTTP, AMQP und CoAP mit Hono zu verbinden. Geräte können Telemetriedaten und Ereignisse hochladen, die an Anwendungen weitergeleitet werden, die mit Honos nach Norden gerichteten, AMQP 1.0-basierten APIs verbunden sind. Anwendungen können diese APIs verwenden, um Befehle an verbundene Geräte zu senden und Antworten zu empfangen. Das Paket enthält auch eine produktionsbereite Geräteregistrierung zum Verwalten von Geräteidentitäten und Anmeldeinformationen. Es wird enMasse verwenden, um skalierbares Routing und Brokering von Nachrichten zwischen Geräten und Anwendungen bereitzustellen.

Eclipse Ditto verwendet die Northbound-API von Eclipse Hono, verarbeitet Telemetrienachrichten und -ereignisse und sendet Befehle an verbundene Geräte. Somit bietet es eine Abstraktionsschicht, die Geräte als digitale Zwillinge darstellt. Die Zwillinge spiegeln den letzten bekannten Zustand der Geräte wider, der über Eclipse Hono-Telemetrienachrichten gemeldet wird. Befehle, die an verbundene Geräte gerichtet sind, können auch durch Adressieren der API des entsprechenden digitalen Zwillings aufgerufen werden. IoT-Anwendungen können entweder über die Eclipse Hono-Integration direkt mit den angeschlossenen Geräten interagieren oder den zuletzt gemeldeten Zustand über ihre Zwillings-API abfragen. Darüber hinaus können Anwendungen über Änderungen mit einem Protokoll ihrer Wahl unter den Protokollen AMQP 1.0, AMQP 0.9.1, MQTT, Apache Kafka oder HTTP benachrichtigt werden.

Eclipse hawkBit kommt zum Einsatz, wenn Firmware oder Software auf Geräten aktualisiert oder Anwendungen bereitgestellt werden sollen. IoT-Anwendungen können über die RESTful-Management-API mit Eclipse hawkBit interagieren. Eclipse hawkBit wird Eclipse Ditto als Geräteinventar verwenden. Benutzer können ihre Geräte anhand der dort gespeicherten Eigenschaften und Zustände filtern und gruppieren. Dies ermöglicht einen strukturierten Update-Prozess, einen kaskadierten Start für Einsatzgruppen und – zusätzlich – eine Notabschaltung bei Überschreitung von Fehlerschwellen.

Wer arbeitet an diesem IoT-Paket?

Red Hat und Bosch verwenden und tragen bereits zu Eclipse Hono bei und haben ein gemeinsames Interesse daran, die Entwicklererfahrung bei der Nutzung der Eclipse IoT-Technologie zu verbessern. Wir treiben die Entwicklung dieses Cloud-Stack-Pakets aktiv voran und heißen jeden Interessierten herzlich willkommen, sich uns bei der Realisierung dieses Projekts anzuschließen. Wenn Sie also daran interessiert sind, Hono, Ditto und hawkBit auf Ihrer eigenen Infrastruktur zu betreiben und bereit sind, uns zu helfen, kontaktieren Sie uns bitte entweder per Mail oder GitHub.

Im Rahmen des Projekts Eclipse IoT Packages wird das IoT-Cloud-Paket auf Basis von Eclipse Hono, Eclipse Ditto und Eclipse hawkBit entwickelt. Bei diesem Projekt geht es darum, bestehende Eclipse IoT-Projekte miteinander zu kombinieren und zu integrieren. Das Projekt Eclipse IoT Packages stellt Bereitstellungsanweisungen und Skripte für die Bereitstellung von Paketen von Eclipse IoT-Projekten auf Kubernetes-basierten Plattformen mithilfe von Helm-Diagrammen bereit.