IoT
Einführung in der Internet der Dinge
Einführung in der Internet der Dinge
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Flashcards
Begriff Internet of Things
Die Vision, Objekte jeder Art in ein universales digitales Netz zu integrieren
Vernetzung von Gegenständen mit dem Internet, damit diese selbständig über das Internet kommunizieren und so verschiedene Aufgaben erledigen können.
Web 1.0
read only web
Informationen können gesucht und angezeigt werden
Nutzer passive Rolle als Konsument von Inhalten
HTML/HTTP
Web 2.0
- read write web / social Web
- Nutzer selber Inhalt generieren/mit anderen Nutzern zu interagieren
- user-generated content (UGC)“; z.B. Cloud Computing, soziale Netzwerke (Facebook, XING), Wikis (Sammeln und Austausch von Wissen);
- Inhalte können dynamisch erzeugt/verwaltet werden mit CMS
Web 3.0
- semantisches Web; Informationen werden von Nutzern als Metatext zur Verfügung gestellt;
- Infos haben Beziehungen untereinander; semantische Verknüpfung von Informationen
- Ziel ist das Finden, teilen und Verknüpfen von Informationen
Protokolle XML (Extensible Markup Language), RDF (Resource Description Framework)
oder OWL (Web Ontology Language)
Web 4.0
Internet of things; Risiken Datenschutz/Datensicherhei
Industrie 4.0
Sind mechanische Bestandteile mit informations- und softwaretechnischen
Komponenten über ein Netzwerk verbunden und kommunizieren diese über Sensoren und
Aktoren (Antriebselemente) mit ihrer Umwelt, dann spricht man auch von sogenannten cyber-physischen Systemen.
Maschinen nehmen selbst Produktionsumplanung vor.
Smarte Dienstleistungen
- Kontrolldienstleistungen (z. B. Sendungsverfolgung [track & trace] von Paketsendungen)
- Leasingdienstleistungen (z. B. nutzungsorientierte Abrechnung von Parkplätzen);
- Risikodienstleistungen (z. B. Versicherungsprämien, die auf dem Risikoverhalten desKunden basieren);
- Informationsdienstleistungen (z. B. Hintergrundinformationen zu Ausstellungsobjektenin Museen oder zu Denkmälern);
- komplexe Dienstleistungen (Kombination der dargestellten Dienstleistungsarten).
Datenschutz
Schutz personenbezogener Daten (jeder entscheidet selbst über seine Daten)
Datensicherheit
- Vertraulichkeit (Schutz gegen unerlaubte Preisgabe)
- Integrität (Daten nicht unerlaubt verändert werden)
- Verfügbarkeit (Daten dann funktionsfähig wenn benötigt)
Privacy by Design-Prinzip
berücksichtigt datenschutzrechtliche Anforderungen bereits im
Entwicklungsprozess einer Software oder Elektronikkomponente.
Empfehlungen Datenschutz
• Nicht benötigte Funktionen sollten deaktiviert werden.
• Standardpasswörter und Benutzernamen sollten unbedingt geändert werden.
• Patches und Updates sollten zeitnah eingespielt werden.
• Datenübertragungen sollten verschlüsselt erfolgen.
Netzwerktopologien
Anordnung der Netzwerkstationen und wie die Netzwerkkabel
zwischen den Stationen geführt werden.
Bus-Topologie
Alle Stationen sind über ein gemeinsames Übertragungsmedium miteinander verbunden.
Keine zentrale Komponente die Zugriff auf Übertragungsmedium und Kommunikation zwischen Stationen steuert, dies wird von den Stationen selbst realisiert
Zum Senden hört Station Übertragungsmedium ab und wenn keine andere Station sendet, beginnt Übertragung
Kollision:
zwei Stationen senden gleichzeitig -> Sendevorgang wird unterbrochen/ nach
gewisser Zeit wiederholt.
Iot-Bus Projekt:
sichere/zuverlässige Übertragung von Messwerten/Steuerungsbefehlen
mit IPv6 + Sicherheitskonzept auf Basis IEEE Standards 802.15.4
Ring-Topologie
- alle Stationen sind mittels eines durchgehenden Ringes miteinander verbunden.
- Keine zentrale SteuerungsKomponente.
- Ausfall Station -> Ausfall des ges. Rings. Z.B
(Automatisierungstechnik: nicht intelligente Komponente/Maschinen über Schnittstellen
netzwerkfähig machen)
Stern Topologie
- alle Stationen sind über eine zentrale Station miteinander verbunden
Zentrale Station hat eigene Leitung, den Switch ( intelligentes Netzkoppelelement, dasNetzwerksegmente miteinander verbindet und Steuerung ssowie Kontrollfunktionen übernimmt.-> fällt es aus , Ausfall Gesamtnetz) z.B. (Büro)
Wartung an einzelnen Stationen hat keinen Einfluss auf die Verfügbarkeit
Vermaschte Topologie
Alle Netzwerkstationen sind mit mindestens zwei Verbindungen zu einer benachbarten Station verbunden. z.b (Internet,Smartphone,Zigbee)
- Sehr ausfallsicher
- Internet basiert auf einer vermaschten Topologie
teilvermaschte Topologie:
Sind Netzwerke lediglich über eine, nicht mit einer benachbarten Station verbunden
Netzwerkprotokolle
Kommunikationsprotokolle mit deren Hilfe Computer in einem Netzwerk miteinander Daten austauschen.
Regeln werden durch Netzwerkprotokoll definiert.
IP
IP = Internet Protocoll
Adressierung von Computern (Schicht 2, Internetschicht)
TCP
Verbindungsorientiertes Protokoll für Verbindungsmanagement und Fehlerbehandlung
Schicht 3, Transportschicht
Three-way handshake zum Verbindungsaufbau:
- Client schickt Syn-Paket zum Server um Verbindungswunsch anzuzeigen
- Server bestätigt Syn-Ack (Acknowledge-Paket)
- Client bestätigt Ack-Paket
802.15.4 IEEE Standart
Übertragungsprotokoll für Wireless Personal Area Networks (WPAN) mit einem sehr geringen Energiebedarf
Z.B. intelligente Ausweisdokumente, ZigBee, 1+2 ISO/OSI Schicht
ZigBee
ein Funkstandard zur Anbindung von Geräten in der Hausautomation
(Öffnungsmelder, Thermostate etc.). ZigBee zeichnet sich durch geringen
Energieverbrauch und einfache Konfiguration aus
raktische Implementierung des IEEE-Standards 802.15.4.
Stellt Funktionalitäten zum Routing und für Verschlüsselung von Datenpaketen zur
Verfügung.
z.B. Industrie-und Automatisierungstechnik(Anlagensteuerung), Medizin,
Heimautomation, Gebäudesteuerung.
Produkte der Hersteller Osram (Lightify) oder Philips (Hue) über ZigBee zur Steuerung der
Beleuchtung im intelligenten Zuhause.
Vorteil: geringe Leistungsaufnahme -> Batteriebetrieb über Jahre
6LoWPAN
(IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Networks)
beschreibt, wie IPv6 über IEEE- 802.15.4-Verbindungen genutzt werden kann. Idee: auch Geräte ohnehohe Rechenleistung oder große Energiereserven in das Internet of Things zu integrieren.
Anbindung an andere Netzwerke über WLAN, Netzwerkkabel, GSM (Global System forMobile Communications
RFID (Radio-Frequenzy Identification)
- Information auf Transponder gespeichert.
- Mithilfe Lesegerät ausgelesen. Z.B. auf Flughäfen zur Nachverfolgung von Gepäck.
- Vorteile: keine Sichtverbindung, gleichzeitig mehrere Transponder lesbar, egal ob Schmutz, Hitze
Arten:
• passive Transponder (nutzen Feldenergie des Lesegerätes für internen Mikrochipund das Senden von Daten);
• semi-aktive Transponder (verfügen über eine interne Batterie für den Mikrochip und
nutzen Feldenergie des Lesegerätes zum Senden von Daten);
• aktiveTransponder (nutzen eine interne Batterie für den Mikrochip und das Senden von Daten).
Besteht aus: 1) PC, 2)RFID-Lesegerät mit Kopplungseinheit 3) Transponder(n)
NFC (Near Field Communication)
- Induktive Kopplung, kontaktlos
- benötigt sehr wenig Energie
- Aktives Gerät erzeugt Magnetfeld, passives Gerät ist Transponder
- z.b bargeldloses Zahlen
QR-Codes (Quick Response)
- zweidimensionaler Barcode
- sicherheitsrisiko
Bluetooth LE (Low Energy) / Bluetooth Smart
stromsparendes Bluetooth. Kann über 6LoWPAN Bluetooth LE-Geräte über eindeutige IPv6 Adresse ereichbar.
z.B. Patientendatenüberwachung, Sensordaten in der Produktionstechnik
Vorteil: gerine Leistungsaufnahme, AES Verschlüsselung (Advanced Encryption
Standard) ist ein frei verfügbares, symmetrisches Verschlüsselungsverfahren. Der gleiche
Schlüssel wird zum Ver- und Entschlüsseln benutzt.)
Linked Data
Ansammlung von in unterschiedlichster Weise miteinander in Beziehung
stehenden, verknüpften Datensätzen im Web.
RDF ( Resource Description Framework):
Datenmodell, das auf einer graphenorienterten Datenbank basiert und inhaltliche Metadaten dartstellt. Besteht aus einer Ressource, die Beziehungen zu anderen Ressourcen hat.
RDF Statement
Besteht aus RDF-Tripple:
- Subjekt
- Prädikat
- Objekt
Semantic Reasoner
Software bezieht Wissen aus einer Knowledge Base (KB) ---->prüft Konsistenz
Hier sind allgemeine Aussagen über Klassen und Aussagen über individuelle Instanzen dieser Klassen gespeichert. Z.B. -> Onlinebuchung eines Mietwagens (gültiger Führerschein, gewünschtes KFZ, Abhol- und Rücknahmeort, Ausstattungsmerkmale etc.
CEP (Complex Event Processing)
Analysiert dynamische Datenströme aus heterogenen Quellen in Echtzeit (sogenannte Live-Daten)
Anwendung:
- Finanzmärkte (Analyse von Kurswerten)
- Sensornetze (zb. Materialflüsse mitteks RFID Etiketten)
- Dienstleistung im Handel ( Überwachung im Wareneingang und Warenausgang)
kernkompenente eines CEP-Systems
Ist der sogennante EPA (Event Processing Agent), besteht aus:
Ereignismodell (definiert Ereignistypen, Attribute und Abhängigkeiten);
Ereignisregeln (Verarbeitung der Ereignisse mittels EPL);
Event Processing Engine (Komponente zur Mustererkennung in Ereignisströmen)
EDA (Event-Driven-Architecture)
Framework in das ein Event Processing Agent (EPA) eingebette ist. Besteht aus:
- Ereignisquellen (alle Objekte, die Ereignisse generieren wie z. B. RFID-Sensoren oder SCADA-Systeme, die Temperaturen oder Schaltzyklen kontrollieren);
- Ereignisverarbeitung (CEP-System, bestehend aus einem oder mehreren EPAs, die Datenströme auf relevante Ereignismuster analysieren);
- Ereignisbehandlung (Auslösen eines Ereignisses bei Mustererkennung in nachgelagerten Systemen, wie z. B. Versand einer E-Mail oder Aktualisierung einer Kennzahl in einem Dashboard).
Anforderung an CEP - Systeme
- flexible Integration
- hohe skalierbarkeit
- hohe Verfügbarkeit
noSQL-Datenbanksystem:
speichern Daten ohne festes Schema. Somit Zugriff auf Daten deutlich performanter.
NoSQL benuzten BASE-Modell zur Konsistenzprüfung
MapReduce
Bei MapReduce handelt es sich um ein von Google entwickeltes Verfahren, mit dem sich große strukturierte oder unstrukturierte Datenmengen mit hoher Geschwindigkeit verarbeiten lassen.