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

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Google’s Android Bulb

BotaniCalls

Toll Collect

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Protokollstack

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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

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Actuators Control

Algorithms

[C. Fortuna and M. Grobelnik]

[E. Kamsties]

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

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[Dominique Guinard]

Anwendungsfelder und Benefits

• Anwendungsfelder (Auswahl) – Ambient Assistet Living – Building Automation (Gebäudeautomatisierung)

• Home Automation

– Energie • Smart Metering (Intelligente Verbrauchserfassung) • Smart Grid (Intelligente Stromverteilung) • Elektromobilität

– Industrieautomatisierung – Logistik – Medizintechnik

• Nutzen („Treibende Faktoren“): – Energieeinsparung – Erhöhung von Sicherheit und Komfort – Zeit- und Kostenreduzierung

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Small Scale

Large Scale

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. Contiki und 6LoWPAN/RPL – ein OS für das Internet der Dinge 2. IPv6/TCP/UDP (und kompakte Implementierungen) 3. Anwendungsprotokolle – HTTP, Atom und neue Ansätze wie CoAP 4. Web Services (REST, SOAP), Service Discovery, Security 5. 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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…nichts dabei? Sprechen Sie mich an…

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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