Bsp Sensor
Bewegungsmelder, Lichtsensoren
Woraus besteht ein CPS?
Sensoren
Aktoren
Verarbeitungseinheiten
Steuerungsalgorythmen
Vernetzung
selbstständige Anpassung (KI)
Was machte ein CPS?
integriert reale mit der vernetzten welt
Bsp Verarbeitungseinheit
Microcontroller ESP32
Bsp Aktoren
Dioden, Display
REPL
Read Eval Print Loop
wofür steht MQTT
Message Queue Telemetry Transport
Was ist MQTT?
schlankes Messaging Protokoll vor allem für IoT
für Machine to Machine Kommunikation
Publisher Subscriber Muster
keine Sicherheitsmechanismen
Standardports für MQTT bei TCP/IP Stack?
1883 und 8883
Eigenschaften Performance MQTT?
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
Skalierbarkeit MQTT?
Sensoren und Geräte werden mit nur einem Server verbunden (Brooker)
Sicherheit MQTT?
nur Absicherung über Benutzername und Passwort
ansonsten implementierung von SSL/TLS auf Transportebene oder ACLs, etc
Was ist das Publisher Subscriber Prinzip?
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
Ablauf Publisher Subscriber Prinzip
Subskription: Client deklariert Interesse für ein Topic beim Broker
Veröffentlichung: anderer Client veröffentlicht NAchricht zu dem Topic beim Broker
Verteilung: Broker verteilt jetzt Nachrichteninhalte an die interessierten Clients
Auf welcher OSI Schicht arbeitet MQTT?
Layer 7 Application Layer
Abkürzung OPC UA
Open Platform Communications Unified Architecture
Wofür steht QoS und was bedeutet es?
Quality of Service
Zuverlässigkeit, mit der eine Nachricht zugestellt wird
Was versteht man unter QoS 0?
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
Was versteht man unter QoS 1?
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!
Was ist PUBACK?
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
Was bedeutet QoS 2?
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
Bestätigungsablauf bei QoS 2?
Sender > Publish
Empfänger > bestätigt erhalt mit PUBREC (received)
Sender sendet PUBREL Paket (released)
Empfänger antwortet mit PUBCOMP (complete)
Last Will Testament (LWT)
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
Wofür stehte M2M?
automatisierter Informationsaustausch zwischen Endgeräten wie Maschinen, Containern, Automaten, etc
Was ist OPC UA?
Industriestandard für die Kommunikation zw. Maschinen untereinander
offener Schnittstellenstandard
basiert auf IP Netzwerk
Client/Server Kommunikationsmodell
Kompatibilität OPC UA?
herstellerunabhängig, branchenneutral
Skalierbarkeit OPC UA?
horizontal und vertikal
über embedded Geräte, SPS Steuerung, PC, Smartphone, Großrechner
Sicherheit OPC UA?
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
Topologie und Ports OPC UA?
TCP basiert Port 4840
Webserverprotokoll HttP/Https Port 80, 443
Client Server Prinzip OPC UA?
Server stellt Daten und Informationen bereit, die vom Client abgefragt werden
Gerät kann Client und Server sein
6LoWPAN
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 <
LPWAN
Low Power Wide Area Network
Niedrigenergieweitverkehrsnetz
Netzwerkprotokolle zur Verbindung von Niedrigenergiegeräten mit Server und großer Reichweite
OSI 3 vermittlungsshicht
ZigBee
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
Sigfox
ein- Mobilfunknetz für energiearme Device to Cloud Kommunikation
keine dauerhafte Verbindung
NFC
Near Field Communication
Protokoll zur einfachen und sicheren Interaktion zw. 2 Geräten
vor allem bei Smartphones (kontaktloses Zahlen
max. Reichweite von 10 cm
IoT
Internet of Things
bezeichnet verschieden eTechnologien zur Vernetzung realer und virtueller Objekte und deren selbstständige Zusammenarbeit
TCP
Transmission Control Protocol
OsI 4
verbindungsorientiert
gewährleistet korrekte und vollständige Datenübermittlung
UDP
User Datagram Protocol
OSI 4
minimales, verbindungsloses Protokoll mit minimalem Overhead
Protokolle OSI 1
Bitübertragungsschicht (eigentlicher Kommunikationskanal)
Mobilfunk
WLAN/WIFI
Bluetooth
Zigbee
Z-Wave
Protokolle OSI 2
Sicherungsschicht (Fehleranalyse und korrektur ber Bitübertragung)
LORAWAN
LoRaWan
Long Range Wide Area Network
Fernanwendung
geringer Stromverbrauch
Protokolle OSI 3
Vermittlungsschicht Kommunikation der IoT Devices über Router
IPv4
IPv6
Protokolle OSI 4
Transportschicht
Unterstützung und Absicherung der Datenkommunikation über die Vermittlungsschicht
Protokolle OSI 7
Anwendungsschicht
Übergangh zwischen IoT Devices und Benutzetn
MQTT
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