Um ein Internet der Dinge zu schaffen, das nicht aus vielen Insellösungen besteht, sondern wirklich alles mit allem verbinden kann, haben führende Hersteller aus dem Consumer-Electronics-Markt das Open-Source-Projekt AllJoyn gestartet, das nun von der Open Connectivity Foundation gepflegt wird. Das Ziel des Projektes: Engineering- und Runtime-Framework bereitzustellen, mit dem man Geräte aller Art miteinander kommunizieren lassen kann – also Interoperabilität über alle Protokoll-, Technologie- und Herstellergrenzen hinweg. Als universelles Framework verbindet AllJoyn folglich Devices Peer-to-Peer sowie über Clouds und ist unabhängig von Transport-Layer, Gerätetyp, Controllerplattform oder Betriebssystem. 

Der Vorteil eines solchen Frameworks ist, dass es einfach wird, Devices miteinander zu verbinden und gemeinsame Applikationen und Services bereitzustellen, was auch den Mehrwert eines jeden AllJoyn befähigten Produktes steigert. Anbieter industrieller Applikationen profitieren bei solchen mächtigen Frameworks zusätzlich von der weiten Verbreitung im kommerziellen Segment. Die Verbreitung bringt ihnen die Sicherheit, dass es vergleichsweise deutlich ausgereifter ist, sodass sich Lösungen damit kostengünstiger umsetzen lassen. Ein weiterer Vorteil: Die Benutzer sind mit der Anwendung der Technologie bereits vertraut, da sie diese auch in ihrem privaten Umfeld nutzen. Hersteller können zudem bereits auf Lösungen von über 200 Technologiepartnern aus unterschiedlichsten Branchen zurückgreifen. Hierunter finden sich zahlreiche Anbieter von Markenartikeln aus der Consumer-und Home-Electronics-Branche, wie LG und Loewe aus dem Smart-TV-Segment oder Elektrolux aus der Haushalts- und Küchengerätesparte sowie Netgear mit Netzwerkprodukten und Honeywell aus dem Automatisierungsbereich. Auch namhafte Halbleiterhersteller wie Intel, Qualcomm und Samsung sind Mitglieder, ebenso wie Netz- und Services-Anbieter wie Vodafone, Software-Anbieter wie Microsoft und Symantec. Weitere Mitglieder sind das  Rote Kreuz in Spanien sowie weitere Nutzerorganisationen wie die Continental Automated Buildings Association (CABA). 

Umfassendes Ökosystem

AllJoyn unterstützt Stern- und Mash-Topologien über WLAN, WiFi-Direct, Ethernet und Powerline und verbindet Leaf-Nodes unmittelbar miteinander, unabhängig von deren Anbindungsart an den Routing-Node.

© RTSoft

Das AllJoyn Framework ist keine Vision, die es noch umzusetzen gilt. Es gibt vielmehr fertige Software-Development-Kits und die dazu passenden Dokumentationen, Diese können Entwickler von der Website der AllJoyn-Website herunterladen, um ihre Produkte an das Ökosystem anzubinden. Es sind bereits dutzende Produkte auf dem Markt, die AllJoyn-zertifiziert wurden und damit ihre Interoperabilität unter Beweis gestellt haben. Zertifizierte Produkte sind beispielsweise das Microsoft-Surface und das Betriebssystem Windows-10-Professional, das LG-Smart-TV 58UH6700, die BUFFALO AirStation-1900 oder Lösungen aus dem Bereich der Heimautomatisierung, wie zum Beispiel Glühlampen von Lifix. Mit einem Tablet, Smart-TV oder einem Wireless Router kann man folglich schon heute Lampen steuern – einfach dadurch, dass die Produkte entsprechend zertifiziert sind. Je mehr zertifizierte Produkte zusammenkommen, desto multifunktionaler wird die gesamte Umgebung und desto mehr Services lassen sich nutzen.

Nun mögen Sie sagen: Naja – das kenne ich doch schon von diversen Feldbussen und sonstigen IoT-Standardisierungsinitiativen. Was ist hier denn anders?

Was ist einzigartig?

Ein Anwendungsbeispiel: Der Lüfter wird über CAN-Netzwerk an WLAN angebunden. Das Android-basierte Smartphone liest die Lüfterdrehzahl. Die beiden CAN-unterstützenden Beaglebone-Devices in der Mitte wurden via Autosar AllJoyn-befähigt.

© RTSoft

Es ist grundsätzlich eine besonders komfortable Option, heterogene Komponenten miteinander über eine IIoT-Technologien zu verbinden. Denn es ist nicht nur ein Protokoll, sondern ein gesamtes Framwork zur Anbindung von Devices an Clouds und Apps: vom Server bis zum Sensor – und der Softwarestack ist bereits in einem ausgereiften Funktionsumfang verfügbar. Zudem ist zu erwarten, dass die AllSeen-Work-Group innerhalb der Open-Connectivity-Foundation das Zertifizierungspro-gramm weiter ausbauen wird. AllJoyn ist seit kurzem zudem unter der Apache-2.0-Lizenz verfügbar, was die Einbindung in andere Open-Source-Projekte erleichtert. Gehostet wird es zusammen mit Iotivity bei der Linux-Foundation. Zukünftig steht zu erwarten, dass die Softwarestacks auch mit der Native-Cloud-Architektur der Open-Connectivity-Foundation sowie mit den UpnP-Spezifikationen verbunden werden, was den Komfort noch weiter optimieren wird. 

Hervorzuheben ist darüber hinaus, dass man bei AllJoyn zwar eigene Apps für Devices entwickeln kann, sie aber nicht entwickeln oder installieren muss. Es reicht beispielsweise der IoT-Explorer von Microsoft, um Geräte finden und steuern zu können. Zudem sind passende Security-Mechanismen verfügbar, was die Imple-mentierung dieser Technologie vereinfacht und auch sicher macht. Aus diesem IT- und CE-Segment kommt also ein Open-Source-Framework, der ähnlich bedeutsam ist beziehungsweise aller Voraussicht nach werden wird, wie das Linux Betriebssystem – denn vernetzte IoT-Devices sind die Kommunikationsplattformen der Zukunft.

Warum also nicht dieses riesige Framework und seine System Services auch für industrielle Applikationen nutzen, so wie die PC-Technologie und ihre Betriebssysteme auch? Es liefert für die vielen Feldbus-basierten Devices ein Framework für die bidirektionale Kommunikation -  von der IoT-Cloud auf Sensoren und Aktoren und wieder zurück sowie auch zwischen Sensoren und Aktoren unterschiedlichster nativer Auslegung. Es kann damit ebenso für homogene Anbindung und Interaktion unzähliger heterogenen Maschinen und Anlagen sowie ihrer Sensornetzwerke dienen, die derzeit um die Maschinen herum gebaut werden. Im Gegensatz zu konventionellen Protokollimplementierungen für das IIoT wie MQTT, XMPP, DDS, AMQP, SMQ, STOMP und OPC bieten Open-Source-Frameworks wie AllJoyn eine komplettere Lösung für eine schnelle Applikations-entwicklung mit eingebauten Sicherheitsfunktionen und dem Support multipler Betriebssysteme ‚out-of-the-box‘. Sie sind zudem Transportlayer-agnostisch und damit universell einsetzbar.

Für Anlagen aller Art

Der Software-Dienstleister RTSoft hat sich der Aufgabenstellung angenommen und erste AllJoyn-Implementierungen für das Controller Area Network (CAN) entwickelt, indem es die Automotive-Open-System-Architecture (AUTOSAR) für das AllJoyn-Framework befähigt hat. Dieses Konzept lässt sich auf alle CAN-Spezifikationen portieren, sodass man das komplette Open-Source-IoT-Ökosystem der Open Connec-tivity Foundation für die IIoT-Anbindung CAN-basierter Devices nutzen kann. Gleiches gilt außerdem für jedes weitere Feldbus-Protokoll aus der Industrie- und Gebäudeautomatisierung. Diese Portierbarkeit ist ideal für IoT-Applikationen, denn in den ‚Brownfields‘, also der installierten Basis der Industrie, herrscht derzeit eine babylonische Sprachverwirrung, die man mit AllJoyn vereinheitlichen kann. Ein weiterer Vorteil: Anwendern müssen nicht mehr 1000 Installationen vornehmen, um alle Geräte ansprechen zu können. Denn mit AllJoyn hat man eine Sprache, die über alle Kanäle übertragen und überall verstanden werden kann.

OEM profitieren von Einsparungen gegenüber sowohl komplett kommerzieller IP (Intellectual Property) als auch gegenüber Eigenentwicklungen oder sonstigen proprietären Lösungen beziehungsweise Insellösungen, die das Flickwerk der in dustriellen Kommunikation im IIoT fortsetzen. Gleichzeitig erschließen sie sich damit enorme Potenziale, da sie jederzeit AllJoyn-befähigte, interoperable Produkte, Dienste und Services in ihre Applikationen integrieren können – ganz gleich, welche Bus-Topologien, Controller und Betriebssysteme im Unternehmen verwendet werden. 

Devices entwickeln

Wie funktioniert eine Implementierung aber genau? Grundsätzlich basiert AllJoyn auf einem Client-Server-Modell, um sich selbst zu organisieren. Es gibt hierzu Routing-Nodes, die Knoten miteinander verbinden, und Leaf-Nodes, die sich lediglich mit einem Routing-Node quasi als Peripheriegerät anbinden. Unterstützt werden Stern- und Mesh-Netzwerke. Die Kommunikation erfolgt dabei über Remote Procedure Calls (RPC) über einen virtuellen Softwarebus. Dieser blendet die darunterliegenden Transportlayer und physikalischen Details aus. Ein Leaf-Node kann dabei jedes beliebige anderes Leaf-Node ansprechen. Ein Licht kann dementsprechend also als Server von einem beliebigen Client, wie beispielsweise von einem Tablet, Router oder Mobiltelefon, an- und ausgeschaltet werden. Es können auch Multi-Sessions gestartet werden. Sprich, mehrere Lampen von einem dieser Devices auf einmal an- und ausgeschaltet werden. Jeder Server in einem Netz weist sich durch ein XML-File aus, das ‚Intro-spection‘ genannt wird und in dem die Fähigkeiten und die anfragbaren Services hinterlegt werden.

AllJoyn kann ferner Protokolle brigden, sodass Feldbus-Protokolle in AllJoyn-Netzwerken – derzeit vor allem Ethernet, WLAN, WLAN-Direkt, Powerline und Bluetooth – abgebildet werden können. Ein Open-Source-Projekt ist zudem für das Bridgen des MQTT-Protokolls gestartet, sodass auch für solche Devices mit dieser M2M-Schnittstelle das Framework genutzt werden kann. Fertige Umsetzungen für Windows-10-IoT existieren bereits in Form von Device-System-Bridges für Z-Wave, Zigbee und BACnet. 

Ganz gleich, mit welchem AllJoyn-Device kommuniziert wird: Implementiert ist immer auch ein Sicherheits-Framework, mit dem sich Applikationen und Devices gegenseitig authentifizieren und mit dem verschlüsselte Daten ausgetauscht werden. Das Framework bietet also eine ausgereifte End-to-End-Sicherheit. Authentifizierung und Datenverschlüsselung erfolgen über die Anwendung.

Standard-Services nutzen

Einer der Standard-Services, die vom AllJoyn-Framework bereitgestellt wird, ist der Onboarding-Service, mit dem man Devices ins WLAN bringt. Bei Feldbus-Systemen wird dieser Dienst über Bus-zu-WLAN-Bridges beziehungsweise Gateways bereitgestellt. Über den Configuration-Service werden Einträge für Device-Namen, Standardsprache, Kennwort und dergleichen gesetzt. Mit dem Notification-Service können Nachrichten als Texte, Audiodateien und Bilder sowie Monitoring-URLs versandt und empfangen werden. Der Control-Panel-Service stellt zudem virtuelle Control-Panel zur Fernüberwa-chung bereit. So können alle Devices mit einer einzigen Applikation gemanagt wer-den. AllJoyn-befähigte Devices können also alle Funktionen und Services bereitstellen, damit sie miteinander kommunizieren können und um sie zu monitoren und zu managen. Zielmärkte für die Implementierung von AllJoyn sieht RTSoft übrigens vor allem im Bereich industrieller Maschinen und Anlagen, da hier der größte IoT-Druck entstanden ist. Zudem sind hier hohe Effizienz-Steigerungen zu erwarten, und gleichzeitig herrscht an dieser Stelle die größte Sprachverwirrung.

Bei der Implementierung von AllJoyn unterstützen Software-Dienstleiter und Lösungsanbieter wie RTSoft, deren Dienstleistungen für OEM des Maschinen- und Anlagenbaus bereits beim Requirement-Engineering für die IoT-Anbindung von ihren Devices beginnen. Übernommen werden können sowohl die komplette Integrationsarbeit für ganze Fabriken mit allen Services oder auch Teilbereiche innerhalb eines Projektes, bei dem ein OEM seine Geräte, Maschinen oder Anlagen beziehungsweise seine IoT-Sensoren und Aktoren AllJoyn-befähigen will. Hier ent-wickelt das Unternehmen beispielsweise die Glue-Logic zum Device oder den Client-Services – also beispielsweise das Dash-board für das Android- oder iOS-basierte Mobiltelefon. Standard-Clients und Routerknoten-Services stehen unter Windows-10-IoT sowie Linux und beispielsweise Open-WRT für Router zur Verfügung, was die Integration auch in dieses Umfeld deutlich erleichtert.