IoT

Bewegungsmelder, Lichtsensoren

• Sensoren

• Aktoren

• Verarbeitungseinheiten

• Steuerungsalgorythmen

• Vernetzung

• selbstständige Anpassung (KI)

integriert reale mit der vernetzten welt

Microcontroller ESP32

Dioden, Display

Read Eval Print Loop

Message Queue Telemetry Transport

• schlankes Messaging Protokoll vor allem für IoT

• für Machine to Machine Kommunikation

• Publisher Subscriber Muster

• keine Sicherheitsmechanismen

1883 und 8883

• für Netzwerke mit hoher Verzögerungszeit und kleiner Bandbreite;

• kleine Nachrichten können schnell und in großen Mengen ausgetauscht werden#

• ideal für kleinste Nachrichten wie z.Bsp Messwerte

• Sensoren und Geräte werden mit nur einem Server verbunden (Brooker)

• nur Absicherung über Benutzername und Passwort

• ansonsten implementierung von SSL/TLS auf Transportebene oder ACLs, etc

• keine direkte Kommunikation mit Empfänger

• Sender übermittelt Nachricht an Broker, unabhängig davon, ob Empfänger online ist

• Broker entkoppelt Sender und Empfänger

• Empfänger abonnieren Topics bei dem Broker um Nachrichten zu Empfangen

• Alle geräte außer dem Broker sind Clients

1. Subskription: Client deklariert Interesse für ein Topic beim Broker

2. Veröffentlichung: anderer Client veröffentlicht NAchricht zu dem Topic beim Broker

3. Verteilung: Broker verteilt jetzt Nachrichteninhalte an die interessierten Clients

Layer 7 Application Layer

Open Platform Communications Unified Architecture

• Quality of Service

• Zuverlässigkeit, mit der eine Nachricht zugestellt wird

• garantiert,, dass eine Nachricht höchstens einmal zugestellt wird; at most once

• bedeutet nicht zwangsläufig, das Nachricht auch ankommt

• auch Fire and Forget genannt

• Vorteil: schnelle Kommunikation und geringer Ressourcenverbrauch

• Bsp: Temperaturmesswert, Live-Sensordaten, Luftfeuchtigkeit ; also wenn Verlust eines Pakets nicht schlimm ist

• At least once; garantiert, das Nachricht mindestens einmal beim Empfänger eintrifft

• bedeutet aber auch, dass sie mehr als einmal ankommen kann >erneuter Sendeversuch kann zu Überschneidungen führen

• Empfänger bestätigt den Erhalt mit PUBACK

• Bsp.: Smarthome Heizungssystem, App befiehlt Heizung auff 22° C zu stellen

• geeignet für Alarmmeldung!

  
  

• Publisher sendet Paket mit einem Packet Identifyer

• EMpfänger bestätigt, indem er ein PUBACK PAket mit demselben Identifyer zurücksendet

• ASender kann Packet beliebig oft schicken, bis PUBACK zurück kommt

• PUBlish-Paket quittiert ACKnowledged

• Exactly once - genau einmal

• höchste Stufe

• grantiert, das Nachricht ankommt ohne Duplikate

• braucht einen zweistufigen Bestätigungsablauf

• veerzögert Zustellung und benötigt mehr Bandbreite

• Bp.: für kritische Aktionen Medikamentenspender; beinZahlungsauslösungen

• Sender > Publish

• Empfänger > bestätigt erhalt mit PUBREC (received)

• Sender sendet PUBREL Paket (released)

• Empfänger antwortet mit PUBCOMP (complete)

• bei Verbindungstrennung zwischen Sender und Broker, kann der Broker stellvertretend für den Pblisher eine Nachricht als dessen letzten Willen versenden

• besonders nützlich, weil Empfänger über Verbindungsprobleme informiert werden können

• Bsp.: Pulssensor bei Patientenüberwachung > Ausfall des Sensors würde sonst nicht erkannt werden

• automatisierter Informationsaustausch zwischen Endgeräten wie Maschinen, Containern, Automaten, etc

• Industriestandard für die Kommunikation zw. Maschinen untereinander

• offener Schnittstellenstandard

• basiert auf IP Netzwerk

• Client/Server Kommunikationsmodell

herstellerunabhängig, branchenneutral

• horizontal und vertikal

• über embedded Geräte, SPS Steuerung, PC, Smartphone, Großrechner

• Sicherheit der Übertragung + Authentifiezierung auf Anwender und Anwndungsebene

• Sicherstellung der Informationssicherheit in Bezug auf CIA

• Zugriffskontrolle mit Authentifizierung, Autoriesierung und Auditierbarkeit

• Verschlüsselung und Signierung bei Nachrichtenübertragung

• TCP basiert Port 4840

• Webserverprotokoll HttP/Https Port 80, 443

• Server stellt Daten und Informationen bereit, die vom Client abgefragt werden

• Gerät kann Client und Server sein

IPv6 over Low power Wireless Personal Area Network

• Kommunikationsprotokoll in drahtlosem PAN

• Ziel drahtlose PANs mit möglichst geringem Aufwand in bestehende Netze integrieren

• OSI 3 Vermittlungsschicht

• Reichweite >; Datenübertragungsrate <

• Low Power Wide Area Network

• Niedrigenergieweitverkehrsnetz

• Netzwerkprotokolle zur Verbindung von Niedrigenergiegeräten mit Server und großer Reichweite

• OSI 3 vermittlungsshicht

• vergleichbar mit Bluetooth Technologie

• Kommunikationsprotokoll mit geringem stromverbrauch, Robustheit, hohe Sicherheit und hohe Skalieerbarkeit

• für kleine Drahtlose Anwendungen mit geringer Reichweite (10m -100m) geeignet

• 128 Bit AES Verschlüsselung

• Hausautomation, industrielle Anwendungen

ein- Mobilfunknetz für energiearme Device to Cloud Kommunikation

keine dauerhafte Verbindung

• Near Field Communication

• Protokoll zur einfachen und sicheren Interaktion zw. 2 Geräten

• vor allem bei Smartphones (kontaktloses Zahlen

• max. Reichweite von 10 cm

Internet of Things

• bezeichnet verschieden eTechnologien zur Vernetzung realer und virtueller Objekte und deren selbstständige Zusammenarbeit

Transmission Control Protocol

• OsI 4

• verbindungsorientiert

• gewährleistet korrekte und vollständige Datenübermittlung

User Datagram Protocol

• OSI 4

• minimales, verbindungsloses Protokoll mit minimalem Overhead

• Bitübertragungsschicht (eigentlicher Kommunikationskanal)

• Mobilfunk

• WLAN/WIFI

• Bluetooth

• Sigfox

• Zigbee

• Z-Wave

• NFC

• Sicherungsschicht (Fehleranalyse und korrektur ber Bitübertragung)

• LPWAN

• LORAWAN

Long Range Wide Area Network

• Fernanwendung

• geringer Stromverbrauch

• Vermittlungsschicht Kommunikation der IoT Devices über Router

• IPv4

• IPv6

• 6LoWPAN

Transportschicht

• Unterstützung und Absicherung der Datenkommunikation über die Vermittlungsschicht

• TCP

• UDP

Anwendungsschicht

Übergangh zwischen IoT Devices und Benutzetn

• MQTT