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Neu im Eclipse-Universum: Kapua – die ultimative IoT-Plattform

Dominik Mohilo

© Shutterstock / Ana Ndongo

Alles in einem. Dies und nicht weniger hat sich das ambitionierte Projekt Eclipse Kapua auf die Fahnen geschrieben. Die Plattform für das Internet der Dinge soll zur Veröffentlichung nicht nur die Möglichkeit zur Verbindung zwischen diversen Geräten und deren Verwaltung, Steuerung sowie Absicherung beinhalten, sondern auch Tools zum Managen sowie Visualisieren von Datenströmen und telemetrischen Daten an Bord haben. Auch der Sicherheitsaspekt und die Usability stehen dabei im Fokus von Eclipse Kapua.

Features

Das Ziel der modularen Integrationsplattform Eclipse Kapua ist die Zusammenführung und Verbindung von Operationstechnologie (OT) und Informationstechnologie (IT). Die Architektur umfasst sieben Teile: Device Connectivity, Message Routing, Security, Gerätemanagement, Datenmanagement, Anwendungsintegration und Administration.

Die Architektur von Kapua / Quelle: Eclipse Projektseite

Die Architektur von Kapua / Quelle: Eclipse Projektseite

Gerätekonnektivität

Mit Kapua lässt sich die Konnektivität zwischen IoT-Devices und IoT-Gateways verwalten, wozu zu Beginn etablierte IoT-Protokolle wie MQTT unterstützt werden. Die Verwaltung findet über einen mit verschiedenen Protokollen kompatiblen Message Broker statt. Für die Anwendungsintegration werden die Protokolle AMQP und WebSockets supportet. Das Modul Device Connectivity ist in Kapua für die Authentifizierung und Autorisierung von Verbindungen sowie für die Unterhaltung einer Geräte-Registry verantwortlich.

Message Routing

Um die Datenströme an die richtigen Adressaten weiterzuleiten, ist das Modul zur Nachrichtenverteilung unabdinglich. So werden Nachrichten, die für das Gerätemanagement vorgesehen sind (etwa Kommando- oder Kontrollnachrichten), dorthin weitergeleitet; andere Nachrichten an die entsprechenden Stellen zur Archivierung oder andere Systeme.

Datenmanagement

Für eine spätere Analyse können gebündelte Echtzeit-Datenströme der Knotenpunkte archiviert oder flexibel zu den IT-Systemen und Anwendungen eines Unternehmens geroutet werden. Auch telemetrische Daten, die von Geräten gesendet werden können mit Kapua an einen persistenten Speicher geschickt und für die Abfrage durch Anwendungen gespeichert werden. Der Speicher basiert auf einem NoSQL Storage für flexibles Indexing, zudem wird Register für die Daten erstellt und unterhalten, die die Topics und Metriken des ankommenden Traffics beinhaltet.

Gerätemanagement

Das Gerätemanagement-Modul erlaubt die Fernsteuerung der verbundenen Geräte. Hierzu wird ein offener Kontrakt (open contract) an die Geräte geschickt, die von Kapua verwaltet werden. Dieser Kontrakt basiert in Kapua zunächst auf einem offenen Anwendungsprotokoll über MQTT. Dieses Protokoll ist bereits durch Eclipse Kura implementiert und erlaubt es der IoT-Plattform unter anderem die Gerätekonfiguration zu überprüfen und zu verwalten sowie die Attribute und Ressourcen von Geräten zu erhalten und einzustellen.

Administration

Eclipse Kapua beinhaltet eine Web-basierte Administrationskonsole und ist über ein RESTful-API erreichbar, das für die einfache Integration in Anwendungen genutzt werden kann. In dieser Konsole können sämtliche Gerätschafts- und Datenmanagementoperationen durchgeführt werden.

Die Administrationskonsole von Kapua / Quelle: Eclipse Projektseite

Die Administrationskonsole von Kapua / Quelle: Eclipse Projektseite

Sicherheit

Sicherheit ist im Internet der Dinge ein essentielles Thema: In Kapua werden Besitzer-, Account- und Nutzerverwaltung auf einem eigenen Foundation Layer durchgeführt. Eine hierarchische Zugriffskontrollstruktur wird unterstützt und mit Role Based Access Control (RBAC) können Identitäten definiert und mit einem oder mehreren Zugriffsrechten ausgestattet werden, wodurch das Prinzip der Least Privilege garantiert wird. Geräte können sich mit der Plattform entweder durch SSL-Authentifizierung oder durch die Nutzung von Zugriffsrechten über die mit Rechten ausgestatteten Nutzer verbinden.

Anwendungsintegration

Für die Integration in existierende Anwendungen, stellt Kapua ein modernes Web-Services-API, basierend auf REST, zur Verfügung. Das REST-API legt die gesamte Funktionalität der Plattform dar, inklusive des Geräte- und Datenmanagements, und kann als Brücke zum MQTT-Broker dienen. Dies ermöglicht das Routen von Kommandos von Anwendungen zu Geräten ohne eine spezifische Verbindung zum Message Broker. Neben REST sind auch Comet und WebSockets in Kapua verfügbar, sodass die Echtzeitbetrachtung von Daten möglich ist, die von Geräten auf Webseiten und mobilen Dashboards publiziert werden.

Hintergrund

Aktuelle Analysen zeigen: Das Internet der Dinge wird immer größer und die Anzahl an vernetzten Geräten wächst. Millionen, so sagen Experten voraus, sollen bald vernetzt und im Umlauf sein. Mit der Anzahl an Connected Devices steigt auch der Bedarf von Lösungen zum Managen sogenannter Edge Devices. Besonders deutlich wird der Bedarf bei der Zusammenführung von Operationstechnologie (OT) und Informationstechnologie (IT).

Die Operationstechnologie unterstützt dabei die Erschaffung physischer Werte und die Herstellungsprozesse. Dies beinhaltet neben den Geräten und Sensoren auch die Software zur Kontrolle und Überwachung von Anlagen, Equipment und Gütern bzw. Produkten des Unternehmens im Generellen. Die Informationstechnologie hingegen vereint in sich sämtliche Technologien für die Informationsverarbeitung. Um die Brücke zwischen diesen beiden Teilbereichen zu schlagen, wurde Eclipse Kapua entwickelt.

Als Teil des Eclipse IoT Projektes eignet sich Kapua sehr gut, da bereits viele von Kapua unterstützte und genutzte Projekte dort angesiedelt sind. Projektleiter Marco Carrer ist zum Beispiel ebenfalls Projektleiter von Eclipse Kura, durch Eclipse Paho ist das MQTT-Protokoll verfügbar und Eclipse Hono könnte zukünftig als Front-End-Messaging-Service für Kapua genutzt werden.

Ausblick

Neben der voraussichtlichen Einbindung von Eclipse Hono ist auch geplant Eclipse Leshan für die Nutzung des LWM2M-Protokolls zu nutzen. Zudem soll es mit zukünftigen Releases einfacher werden, zusätzliche Verbindungsmöglichkeiten zu implementieren und das Gerätemanagement einfacher zu gestalten. Die Integration von Dashboards zur Datenvisualisierung ist ebenfalls in Planung, damit soll die Präsentation telemetrischer Daten schneller von der Hand gehen. Weitere Verbesserungen sollen, anhand des Feedbacks aus der Community, umgesetzt werden.

Eclipse Kapua befindet sich derzeit noch bis 6. Juli in der Creation-Review-Phase. Das erste laufende Build ist für Oktober dieses Jahres geplant. Weitere Informationen zum Projekt gibt es auf der Projektseite von Eclipse

Aufmacherbild: The image represents the concept of global connection von Shutterstock / Urheberrecht: Ana Ndongo

Geschrieben von
Dominik Mohilo
Dominik Mohilo
Dominik Mohilo studierte Germanistik und Soziologie an der Goethe-Universität in Frankfurt. Seit 2015 ist er Redakteur bei S&S-Media.
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