09.08.2016  Verfasst von Dennis Knake, Lemonbeat

Lemonbeat: Von „Inseln der Dinge“ zum „Internet der Dinge“

Das Internet der Dinge (IoT), die Kommunikation zwischen Geräten und Maschinen, verändert unser Leben in nie dagewesener Weise. Doch bislang mangelt es an allgemein gültigen Standards, an einer weltweiten Sprache, mit der Geräte untereinander kommunizieren. Sprechen wir heute vom Internet der Dinge, so beschreiben wir eher viele kleine „Inseln der Dinge“.

Woher das kommt und wie ein Lösungsansatz aussehen kann, skizziert Dennis Knake vom Knowledge-Partner (interner Link zu 3.2.2 Partner) Lemonbeat (Link zu http://www.lemonbeat.com/ im neuen Browserfenster öffnen) im folgenden Gastbeitrag.

Unterschiedliche Geräte sprechen unterschiedliche Sprachen und verwenden unterschiedliche Übertragungsprotokolle. Ist das Regelwerk zur Übertragung von Daten innerhalb eines Netzwerks je nach Hersteller verschieden, macht das den Einsatz von IoT-Anwendungen mit Sensoren und Aktoren unterschiedlicher Anbieter kompliziert. Auch individuelle Anpassungen werden schwierig.

In der Praxis sprechen die Geräte zudem meist nicht direkt miteinander, sondern stets über eine zentrale Steuereinheit (Gateway) vor Ort oder über einen Cloud-Dienst im Internet. Anwendungen sind damit stets auf die Funktionalität einer zentralen Steuereinheit angewiesen. Fällt die zentrale Steuereinheit aus oder ist das Internet nicht erreichbar, funktioniert die Kommunikation nicht mehr.

Es ist wie mit den „Battle Droids“ aus George Lucas‘ Star Wars Saga: Wird das Hauptschiff zerstört, fällt die Armee zu einem Haufen nutzlosen Blechs in sich zusammen; dumm gelaufen. Auch im Hinblick auf die Echtzeitkommunikation ist der Umweg über eine Zentrale problematisch.

Wäre es nicht viel besser, die Geräte könnten direkt miteinander kommunizieren, über eine allgemeingültige und universelle Sprache? Nur die wichtigsten Daten gingen bei Bedarf zur Weiterverarbeitung in die Cloud. Im eigentlichen Betrieb bleiben die Geräte autark und unabhängig.

Lemonbeat smart Device Language (LsDL)
Lemonbeat hat eine solche Lösung entwickelt: Die „Lemonbeat smart Device Language“ (LsDL) ist eine Auszeichnungssprache (Link zu https://de.wikipedia.org/wiki/Auszeichnungssprache im neuen Browser öffnen) auf Applikationsebene. LsDL ist leicht zu erlernen und basiert von der Syntax auf dem XML-Standard. Diese reduziert jedes beliebige Gerät unabhängig seiner Art oder Herkunft auf eine Reihe einfacher Werte.

Jeder Zustand eines Gerätes – beispielsweise An, Aus, Temperatur, Position, Lage oder Geschwindigkeit – kann so auf einfache Weise beschrieben und anderen Geräten mitgeteilt werden. Diese können auf Basis der empfangenen Werte und der jeweiligen Konfiguration weitere Aktionen ausführen.

Mit LsDL wird Geräten die Fähigkeit verliehen, eigene Entscheidungen zu treffen; unabhängig von der Cloud. Dadurch, dass Geräte mit LsDL nur noch konfiguriert, und nicht mehr programmiert werden müssen, lassen sich Aktualisierungen selbst im Livebetrieb durchführen. So können sie je nach geänderter Ausgangslage ihre Aktionen individuell anpassen. Mit einem Update der Konfiguration lassen sich also Funktionen jederzeit im Livebetrieb hinzufügen oder ändern. Das ermöglicht Zukunftssicherheit in Bezug auf Erweiterung und Flexibilität.

Universelle Kommunikation auf IP-Basis
LsDL ist universell. Da es im Kern auf den Standards des Internets bzw. dem Internetprotokoll (IP) aufsetzt, lässt es sich auch leicht auf jedem beliebigen IP-basierten Übertragungsverfahren (Wifi, Bluetooth, etc.) implementieren.

Für den schnellen Einsatz in Projekten liefert Lemonbeat aber auch einen eigenen Protokoll-Stack zur Datenübertragung auf IP-Ebene. Der „Lemonbeat Stack 1.0“ verwendet dabei anerkannte Standards wie TCP und UDP, Datenkompression, AES-Verschlüsselung und insbesondere IPv6. Darüber hinaus können Daten mit einem patentierten Frequenzsprungverfahren auf dem 868 MHz-Band mit größerer Bandbreite als sonst üblich bei gleichzeitig geringem Stromverbrauch übertragen werden. Die Reichweite beträgt dabei rund 1,5 Kilometer auf freier Fläche. Findet keine Übertragung statt, schaltet das Gerät in einen Dämmerzustand. Das so genannte „Wake Up On Radio“ ermöglicht lange Batterielaufzeiten bei Geräten, die nicht über das Stromnetz angeschlossen werden können.

Anwendungsmöglichkeiten
Lemonbeat-Technologie auf Basis von LsDL eignet sich zum Beispiel ideal im Bereich der Gebäudeautomation. Sensoren liefern aktuelle Zustandsbeschreibungen von Innen- und Außentemperatur, Sonneneinstrahlung oder Windstärke und -richtung. Diese Daten werden Geräten zur Klimasteuerung übergeben, die dementsprechend Heizungen oder Klimaanlagen ansteuern oder Jalousien je nach Bedarf öffnen und schließen. Der Vorteil: Lemonbeat-Technologie befähigt die Geräte zur direkten Kommunikation und Entscheidungsfindung untereinander, zwischengeschaltete Gateways und Steuereinheiten entfallen. Das spart Kosten im Bereich Hardware und Wartung und bringt mehr Flexibilität. Zukünftige Funktionen können durch eine Anpassung der Konfiguration jederzeit hinzugefügt werden. Verbindet man diese Systeme beispielsweise mit dem Bürokalender zur Raumplanung, dann „weiß“ das Gebäude im Voraus, wann in welchem Raum wie viele Besucher erwartet werden und kann die Raumtemperatur entsprechend anpassen, den Beamer starten oder gar die Getränke anfordern. Eine derart intelligente Steuerung spart Energie, sorgt stets für optimales Raumklima und erhöht die Effizienz.

http://www.iotbarcamp.de/wp-content/uploads/2016/08/lemonbeat_beschattung_beispiel_iotcamp_web.png

[BU] Einsatzbeispiel für Lemonbeat in der Gebäudeautomation: Intelligente Beschattungsanlage zur optimierten Steuerung des Raumklimas in Gebäuden. Durch die Hinzunahme weitere Sensoren und Aktoren kann die Automatisierung jederzeit erweitert werden. Grafik: Lemonbeat GmbH, Dortmund

Standarisierungsbestrebungen
Seit Ende 2015, mit Gründung der Lemonbeat GmbH, liegt die Lemonbeat smart Device Language dem Konsortium zur Standardisierung von Techniken im World Wide Web (W3C) vor. Auf unterschiedlichen Events, wie etwa zuletzt auf dem „Plugfest“ des W3C Meetings in der Beihang Universität in Peking vom 11. bis 14. Juli, wurden Anwendungsszenarien erfolgreich demonstriert.

Hinweis zum obigen Bild:
Im Frühjahr 2016 hat die Lemonbeat GmbH als 100-prozentige Tochter der RWE International SE (Innogy) ihre Büros ganz oben im so genannten Hammerkopfturm der ehemaligen Steinkohle-Zeche „Minister Stein“ im Dortmunder Stadtteil Eving bezogen.