Kunde
Der Kunde ist ein Hardware-Hersteller von Geräten für die Zutrittskontrolle, Zeiterfassung und Datenerfassung in Industrieanlagen. Die Geräte werden an Unternehmen geliefert, die Lösungen für die Gebäudezugangskontrolle und die Personalzeiterfassung entwickeln.

Herausforderung
Der Kunde wollte eine IoT-Plattform für die Verwaltung einer großen Anzahl von Edge-Geräten schaffen. Bei den Edge-Geräten handelt es sich um Zugangskontroll- und Datenerfassungsterminals, die mit RFID, Transpondern, Barcodelesern, biometrischen Fingerabdrucklesern, digitalen und analogen Eingängen, GPS und anderen Geräten ausgestattet sind.
Die IoT-Plattform sollte für die Installation in der Cloud oder vor Ort auf einem kleinen Single-Board-Computer wie dem Raspberry Pi verfügbar sein, je nach Anzahl der Edge-Geräte.
Unsere anspruchsvolle Aufgabe bestand darin, ein Modul zu entwickeln, das die Verwaltung und Überwachung von Geräten sowie Firmware-Updates ermöglicht. Wir mussten neue Arten von Edge-Geräten nahtlos in die IoT-Plattform integrieren und die Datenprotokollierung ermöglichen, um vorausschauende Wartungstechniken zu implementieren.

Lösung
Die Ingenieure von Applied Systems entwarfen die Lösungsarchitektur und implementierten ein kundenspezifisches IoT-Plattformmodul, das eine große Anzahl von Edge-Geräten steuert. Die Lösung unterstützt die Integration neuer Geräte mit minimalem manuellem Konfigurationsaufwand und basiert nicht auf bestehenden Cloud-Service-Anbietern wie Microsoft Azure IoT Suite, AWS IoT Platform etc.
Unsere Entwickler schlugen vor, ein Gerätemanagementsystem in einem lose gekoppelten serviceorientierten Architekturstil mit einem Webservice-Implementierungsansatz zu realisieren. Wir hielten diese Lösung für die beste Wahl, um die erforderliche Skalierbarkeit (einschließlich Multi-Cloud-Plattformen) zu unterstützen und die Kosten für weitere Erweiterungen und für die Wartung zu senken.
Die Dienste werden als Docker-Images bereitgestellt und als Docker-Container auf den Zielsystemen instanziiert. Dieser Ansatz ermöglichte es uns, die Bereitstellung in verschiedenen Zielumgebungen zu vereinfachen und eine einfache und zuverlässige Möglichkeit zu bieten, das Geräteverwaltungssystem auf der Clientseite weiter zu aktualisieren.

Integration von IoT-Plattform und Unternehmenssystem

Funktionen der entwickelten Lösung:

  • Verbindung. Neue Geräte werden über IP-basierte Protokolle (HTTP(S), TCP/IP, MQTT, Modbus) mit dem IoT-System verbunden, dabei besteht die Möglichkeit, benutzerdefinierte Protokolle zu unterstützen.
  • Skalierbarkeit. Das entwickelte System bietet eine Skalierung, um die vom Kunden gewünschte Anzahl von Geräten zu integrieren.
  • Datenumwandlung. Die von den Edge-Geräten erzeugten Daten können nach vorkonfigurierten Regeln automatisch in ein gewünschtes Format umgewandelt werden.
  • Datenspeicher. Es werden relationale und Zeitreihen-Datenbankverwaltungssysteme verwendet. Die gesammelten Daten sind vom Server des Kunden über eine RESTful-API (ODATA-Protokoll) zugänglich.
  • Datenanalyse. Das Analysemodul dient dazu, in den Protokolldaten nach Informationen zu suchen und sie für die weitere Verarbeitung vorzubereiten, einschließlich der Implementierung von prädiktiven Instandhaltungstechniken.
  • Systemüberwachung. Benutzer können die Leistung von Edge-Geräten und der IoT-Plattform aus der Ferne überwachen.
  • Wartung. Ein Systembetreiber kann die Firmware per Fernzugriff aktualisieren, um das System auf dem neuesten Stand zu halten.
  • Bandbreite der Verbindung. Gerätebenachrichtigungen und Protokollmeldungen werden in Echtzeit übertragen. Die Edge-Geräte übermitteln die Zugriffsanforderung an den Server, der Server bearbeitet die Anforderung (optional unter Einbeziehung des Servers des Kunden) und sendet die Antwort zurück an die Geräte, wobei die vom Kunden benötigte Gesamtzeit für den Hin- und Rückweg kontrolliert wird.
  • Heterogenität. Die Kommunikation zwischen den Stacks basiert auf offenen Standards. Das System kann leicht an verschiedene Systemprotokolle wie Modbus, MQTT sowie an kundenspezifische proprietäre Kommunikationsschemata angepasst werden. Es stehen zwei verschiedene Kommunikationsprotokolle zur Verfügung: Proprietäre TCP/IP-basierte Kommunikation und HTTP/HTTPS-Kommunikation.
  • Einsatz. Das System kann in einem Cloud-Speicher oder vor Ort (lokaler Server, Single-Board-Computer) installiert werden, je nach Anzahl der Geräte.
  • Sicherheit. Die Lösung bietet Sicherheitstechniken für Geräteauthentifizierung, Benutzerautorisierung, Datenverschlüsselung und Ereignisprotokollierung.
  • Verlässlichkeit. Der Offline-Betriebsmodus ermöglicht den Betrieb des Systems bei unterbrochener Verbindung.


Ergebnisse
Unsere Lösung ermöglichte die mühelose Integration Dutzender verschiedener Arten von Edge-Geräten und der IoT-Plattform in kurzer Zeit, wobei die Interoperabilität sowohl mit Standardprotokollen als auch mit benutzerdefinierten Protokollen gewährleistet wurde.