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Bachelorarbeit

Modellierung und Deployment von IoT-Umgebungen in der MBP
Betreuer M.Sc. Ana Cristina Franco da Silva
Dr. rer. nat. Pascal Hirmer
Prüfer PD Dr. rer. nat. habil. Holger Schwarz
Ende09.05.2019
Beschreibung

Ausgangssituation/Motivation
Das Internet der Dinge (IoT) ist eine aufstrebende Technologie zur Ermöglichung Intelligenter (SMART) Umgebungen, wie z.B. SMART Homes, SMART Factorys, SMART Cities etc. Dabei wird unter IoT im Allgemeinen die Vernetzung von heterogenen, verteilten Geräten verstanden, die mit standardisierten Protokollen und Technologien kommunizieren, um gemeinsame Ziele zu erreichen. Diese Geräte sind typischerweise ausgestattet mit Sensoren und Aktuatoren, mittels denen physische Zustände der Umgebung erfasst werden können bzw. diese Zustände beeinflusst werden können. Beispielsweise könnte die Erfassung einer erhöhten Temperatur in einem Raum (Sensor) dazu führen, dass die Klimaanlage eingeschaltet wird (Aktuator). Um Applikationen im IoT zu erstellen, muss die IoT-Umgebung in einem ersten Schritt aufgebaut werden. Dabei müssen einerseits die Geräte mit den Sensoren und Aktuatoren in der Umgebung platziert werden und diese müssen darüber hinaus konfiguriert und vernetzt werden. Diese Schritte manuell durchzuführen ist jedoch sehr kostenintensiv, vor allem wenn die Anzahl der Geräte steigt. Aus diesem Grund wurde an der Universität Stuttgart die Multi-Purpose Binding and Provisioning Platform (MBP) entwickelt, mit der IoT-Geräte automatisch angebunden werden können, um an Sensordaten zu gelangen oder Aktuatoren zu aktivieren. Auch wenn die MBP es vereinfacht, IoT-Geräte anzuschließen, geht dies jedoch vor allem in komplexen Szenarien nicht weit genug, da auch die manuelle Konfiguration des Anschließens in der MBP mit hohem Aufwand verbunden ist. Aus diesem Grund ist es das Ziel dieser Bachelorarbeit, das Anschließen komplexer IoT-Umgebungen noch weiter zu vereinfachen, indem eine grafische Modellierung geschaffen wird, mittels der IoT-Geräte der Umgebung mittels Drag&Drop modelliert werden können und anschließend das Gesamtmodell für das Anschließen der darin enthaltenen Geräte verwendet wird. Bisher war es notwendig, die Geräte einzeln zu konfigurieren und anzuschließen.


Ziele
Das angesprochene Modellierungswerkzeug soll es ermöglichen: (i) die Größe und Layout der Umgebung (z. B. ein oder mehrere Räume) zu definieren (auch über mehrere Ebenen), und (ii) die vorhandenen IoT-Geräte und dessen Eigenschaften zu spezifizieren. Beispiele für Eigenschaften sind MAC-Adresse, Standort und angeschlossene Sensoren/Aktuatoren des IoT-Geräts. Weiterhin soll die Modellierung Folgendes unterstützen: (i) Modellierung komplexer Umgebungen (z.B. SmartFactories) und (ii) Modellierung von Geräten mit einer großen Menge angeschlossene Sensoren/Aktuatoren. Nach der Erstellung des Modells soll dieses mittels der von der MBP bereitgestellt Funktionalität zum automatischen Anschließen der enthaltenen Geräte verwendet werden.

Die Aufgaben umfassen:

  • Erfassen der Anforderungen an das Modellierungswerkzeug
  • Analyse und Auswahl der Technologien zur Umsetzung des Werkzeuges
  • Analyse der notwendigen Anpassungen in der MBP
    • Benutzerverwaltung
    • Kategorisierung der IoT-Umgebungen
    • Typisierung der IoT-Geräte, Sensoren und Aktuatoren
  • Implementierung des Werkzeuges
    • Implementierung der identifizierten MBP-Erweiterungen
    • Drag&Drop von Sensoren/Aktuatoren und IoT-Geräten in Modellierungsfläche
    • Modellierung und Konfiguration von IoT-Geräten, Sensoren und Aktuatoren
    • Abbildung mehrerer Ebenen der Umgebung (Räume, Stockwerke)
    • Automatisches Deployment der Umgebung & Rückmeldung im Modell über Erfolg
  • Präsentation der Zwischenergebnisse in einem Vortrag