Seminar „Internet der Dinge“

Seminar
Internet der Dinge (IDD)
Sommersemester 2012
Prof. Dr. Erik Kamsties
FB Informatik
Fachhochschule Dortmund
Motivation
• Neuerungen in der Rechnertechnik und waren vielfach Anstoß für
spannende Entwicklungen in der Informatik, so auch beim Thema
„Internet der Dinge“:
– Verfügbarkeit von Funktransceivern für energiearme
Datenübertragung (IEEE 802.15.x)
– Preisverfall und Miniaturisierung von GPS-, Magnetometer-,
Beschleunigungssensoren, …
• Ein optimierter TCP/IP-Stack benötigt nur
wenige KB-Flashspeicher, so dass mit ca. 2 Euro
zusätzlichen Kosten für einen Funktransceiver
jedes beliebige Gerät internetfähig wird.
• Das Internet der Dinge ermöglicht neue
Wertschöpfungsketten, viele Autoren
sehen daher in dem Thema die nächste
industrielle Revolution [Kagermann, ehem. SAP].
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Das Internet der Dinge
• The Internet of Things comprises a digital overlay of information
over the physical world („cyber-physical systems“). Objects and
locations become part of the Internet of Things in two ways:
– Information may become associated with a specific location using
GPS coordinates or a street address (“augmented reality”).
– Alternatively, embedding sensors and transmitters into objects
enables them to be addressed by Internet protocols, and to sense
and react to their environments, as well as communicate with users
or with other objects. [Hammersmith Group, 2010]
• History:
–
–
–
–
Web 1.0 - World Wide Web linking webpages with hyperlinks
Web 2.0 – Interactive Web (user generated content)
Web 3.0 – Semantic Web
Web 4.0 – Internet of Things
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Das Internet der Dinge
• Core Internet
– Router
– Server
• Fringe („Randgebiete“)
– personal computers
– smart phones
• Internet of Things
– Einbeziehung von Objekten der Logistik, Automatisierung,
Messtechnik, Medizintechnik, …
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Hardware
• Ein „Ding“ oder bessert „Gegenstand“ ist ein physikalisches
Objekt (z.B. Straßenlaterne) aufgepeppt mit Elektronik
• Wir unterscheiden
– Simple Objects (Radio Frequency Identification - RFID), passives
Verhalten, Senden von Informationen bei Energieversorgung im
Moment des Auslesens
– Smart Objects (Mikrocontroller, Sensoren, Aktuatoren), aktive
Teilnahme des Gegenstands in einem Netzwerk
BotaniCalls
Toll Collect
Google’s Android Bulb
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Protokollstack
Web 1.0 – 3.0
Web 4.0
Payload
SOAP
Payload
HTML, XML, JSON, REST
HTML, XML, JSON, REST,
CoAP
TCP
UDP / TCP / ZigBee
IPv4
IPv6
e.g., Ethernet,
WLAN (IEEE 802.11)
Constrained link,
e.g. IEEE 802.15.4,
Bluetooth 4.0
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Architektur
[C. Fortuna and M. Grobelnik]
Control
Algorithms
Actuators
[E. Kamsties]
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Integration auf verschiedenen Ebenen
• Accessibility
– REST, Smart Gateways, IP for devices
• Findability
– lightweight semantics, microformats,
Google of things, local search infrastructure
• Sharing
– social Web of Things, social networks,
delegated authentication for things, etc.
• Composition
– Physical mashups (Yahoo Pipes, Click Script)
– Web composition engine, real-world composite applications
[Dominique Guinard]
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Anwendungsfelder und Benefits
• Anwendungsfelder (Auswahl)
– Ambient Assistet Living
– Building Automation (Gebäudeautomatisierung)
Small Scale
• Home Automation
– Energie
• Smart Metering (Intelligente Verbrauchserfassung)
• Smart Grid (Intelligente Stromverteilung)
• Elektromobilität
– Industrieautomatisierung
– Logistik
– Medizintechnik
Large Scale
• Nutzen („Treibende Faktoren“):
– Energieeinsparung
– Erhöhung von Sicherheit und Komfort
– Zeit- und Kostenreduzierung
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Herausforderungen
•
•
•
•
•
•
•
•
Energy is highly constrained
Hardware capabilities (memory, horse power) often constrained
Huge amount of nodes
Continuous flow of data
Zero configuration networking
Application run-time is extremely long, no maintenance possible
Asymmetric, highly directional information flow (data fusion)
Data aggregation (and network control) may be centralized,
decentralized or hierarchical
• Measurements reporting can be periodical, triggered by external
event or on request by sink node
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Themen
… entstammen weitgehend einem kürzlich erschienenen Buch:
 eigene Ideen können nach Absprache umgesetzt werden!
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Themen (Auswahl)
• Accessibility
1.
2.
3.
4.
5.
Contiki und 6LoWPAN/RPL – ein OS für das Internet der Dinge
IPv6/TCP/UDP (und kompakte Implementierungen)
Anwendungsprotokolle – HTTP, Atom und neue Ansätze wie CoAP
Web Services (REST, SOAP), Service Discovery, Security
Asynchrones Web – Übertragung von asynchronen Ereignissen vom
„Server“ zum „Client“ (Webhooks, Comet, Websockets)
• Storing, Sharing
6. Gerätebeschreibung (Eigenschaften, Funktionen a la Apple Bonjour)
7. Data as a Service (u.a. pachube.com)
8. Mashups, Personal Dashboards, Virtual Wiring (z.B. ifttt)
• Anwendungen
9. Augmented Reality
10.Smart Metering
11.Building / Home Automation
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Organisation
• Zielgruppe: PI, TI, MI, WI
• Ablauf
– Regelmäßige Treffen
– Individuelle Betreuung
• Ergebnis: was wird von Ihnen erwartet?
– Schriftliche Ausarbeitung (16 Seiten)
– Vortrag (20 min)
– ggf. praktischer Teil
• Umfang
– 2 SWS schriftliche Ausarbeitung
– 4 SWS mit einem praktischen Teil
• Nähere Infos, Vorstellung der Themen und Anmeldung: auf dem
ersten Treffen am Donnerstag, 15.3.2012, 10:15, C.E.41
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Abgabe
• Bitte verwenden Sie für Ihre Ausarbeitung die Springer LNCS
Dokumentenvorlage, die unter folgendem Link zu finden ist:
http://www.springer.com/computer/lncs?SGWID=0-164-6-793341-0
• Die Vorlage gibt es für LaTeX und Word, Sie haben die Wahl.
• Sie erstellen ein sogenanntes Multiautor Volume, siehe "LNCS
Proceedings and Other Multiauthor Volumes - Using LaTeX2e"
(bzw. Word 2003/2007) auf der genannten Webseite
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Praktischer Teil (Vorschlag)
Arduino mit EthernetShield:
… und Pachube als Backend:
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Praktischer Teil (Vorschlag)
Ein Rechner mit Funkschnittstelle (IEEE 802.15.4) …
… und ein handelsüblicher Staubsauger neuerer Bauart (iRobot) ;-)
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Links
• Ein gutes Video von IBM findet sich hier:
http://www.youtube.com/watch?v=sfEbMV295Kk&feature=related
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