Microcontroller für das IoT

1 Die Rolle von Eclipse im Internet der Dinge

Der Begriff Internet of Things ist alles andere als neu: Kevin Ashton nutzte ihn im Jahr 1999, um seine Vorgesetzten und Kollegen bei Procter & Gamble von den Vorteilen der RFID-Technologie zu überzeugen. Im Laufe der Zeit sorgte die Weiterentwicklung in den Bereichen Prozessrechner und Funkprotokolle dafür, dass die Zukunftsvision des allumfassenden Internets greifbar wurde.

Als ersten Faktor für den Siegeszug des Internet of Things müssen wir die immer kleiner werdende Strukturgröße der Microcontroller nennen: Es ist heute möglich, vergleichsweise viel Rechenleistung in sehr kleinen und somit auch sehr stromsparenden Chips unterzubringen.

Veränderung Nummer 2 betrifft die Überallverfügbarkeit des Internets. Vor einigen Jahren bezahlte der Autor dieses shortcuts für rund 100 MB am Handy vierzig Euro. Heute bekommt man um diesen Betrag einen LTE-Zugang mit unbegrenztem Freivolumen. Zudem sorgen WLAN und Bluetooth dafür, dass immer kleinere und primitivere Geräte Verbindung zum Internet aufnehmen können.

Eine weitere Hilfe für die Entwicklung des Internet of Things kam von unerwarteter Seite. Die Industrie der Volksrepublik China hat in den letzten Jahren eine immense Entwicklung hingelegt. Peking produziert heute mehr als brauchbare Elektronikprodukte und eine Vielzahl anderer auf dem Weltmarkt gefragter Waren. Eine eher nachsichtige Copyrightpolitik der Regierung sorgt dafür, dass man es mit dem Urheberrecht von Europäern und Amerikanern nicht so genau nehmen muss.

Das Internet of Things verspricht an dieser Stelle insofern Abhilfe, als man Klongeräte aus dem hauseigenen Ökosystem aussperren kann. Wenn LG oder Samsung mit ihren chinesischen Konkurrenten Probleme haben, könnten diese ihre Smartphones beispielsweise von der Funkfernsteuerung eines smarten Ofens ausnehmen – für einen Kunden, der sein Straußensteak gerne mit einem solchen Ofen brät, wäre das eine nicht unerhebliche Motivation zum Kauf eines koreanischen Markenprodukts.

Die Eclipse Foundation spielt seit längerer Zeit eine Rolle im Internet of Things. Das IoT-Projekt der Foundation hat für sich selbst die folgenden vier Ziele festgelegt:

1. Anbieten von Standards- und Protokollimplementierungen
2. Entwicklung von Frameworks
3. Entwicklung von Werkzeugen zur Erleichterung des Deployments
4. Entwicklungen von Lösungen, die eins bis drei in fertige Systeme verpacken.

Dieses Kapitel stellt einige der betreuten Lösungen vor und geht dabei auch auf aktuelle Trends ein. Eine vollständige Liste der IoT-Projekte der Eclipse Foundation finden Sie unter [1].

Das ausgeborgte Ding

Im Laufe der letzten Jahre hat sich – für Informatiker unbemerkt – eine massive gesellschaftliche Transformation ereignet. Als der Autor dieser Zeilen ein junger Spund war, war Grinding ein natürlicher Teil jedes Computerspiels.

Wer seinem Krieger das Schwert des Kahals verschaffen wollte, musste den Meister ebendieser Organisation besiegen. Dass dazu jede Menge Training erforderlich war, gehörte zum guten Ton. Spieler von MMORPGs wie World of Warcraft sind dafür bekannt, dass sie sich im Rudel zusammenschließen, um ihre Figuren auf höhere Levels zu bringen. Die heutige Generation – man möge den sokratischen Rant verzeihen – steht dieser Situation anders gegenüber.

Ein Besitzer einer schwarzen Kreditkarte ist nicht gewillt, zwanzig Stunden lang Goblins auszulöschen, um dann der Besitzer des singenden Schwerts des bösen Steptänzers zu werden. Er will dieses – Psychologen sprechen von Instant Gratification – sofort, und ist gerne bereit, für dieses Vergnügen einen Obulus an den Entwickler zu entrichten. Dieser Trend dürfte sich über kurz oder lang in der Form des gemieteten Dings materialisieren.

Dazu wollen wir ein kleines Gedankenspiel anstellen. Die kaffeebegeisterte Lebensgefährtin des Autors wurde vor einigen Jahren mit einer Kaffeemaschine eines sehr bekannten Herstellers verwöhnt. Das für ihre Zufriedenheit hilfreiche Gerät enthält einen Computer, der eine Rechenleistung aufweist, von der man vor wenigen Jahren noch geträumt hätte.

Es wäre für die italienische Firma nur ein kleiner Schritt, die Kaffeemaschine einen profitträchtigen Schritt weiterzuführen. Ein auf der Oberseite der Karte montierter Chipkartenleser könnte zur Nutzung von fortgeschrittenen Kaffeefunktionen das Einstecken einer Lizenzkarte erfordern. Die Anfertigung eines Demelinerinnenkaffees wäre so nur noch bei Vorhandensein einer passenden Lizenzkarte möglich, die sich natürlich im Laufe der Zeit entwertet oder verbraucht.

Diese auf den ersten Blick befremdliche Vorstellung ist in gewissen Bereichen bereits voll etabliert. Als Beispiel dafür sei Olympus angeführt: Die Japaner aktivierten bei einigen ihrer Nobel-SLRs die Panoramafunktion nur dann, wenn eine kompatible Speicherkarte aus demselben Haus eingesteckt war. Der chinesische Oszillografenhersteller Rigol ist noch aggressiver: Wer einen Rigol-Oszillografen kauft, erwirbt im Prinzip eine Kiste Hardware mit Grundfunktionen. Die Aktivierung von diversen physikalisch schon vorhandenen Features erfolgt nur dann, wenn man den Chinesen einen zusätzlichen Obolus zugesteht.

Haus, zum Wegwerfen

In Deutschland werden bei der Einrichtung von Häusern keine Kosten gescheut. Ist die Kreditbude jedoch mal errichtet, so wird sie dreißig Jahre lang ohne große weitere Investitionen genutzt. Eine Situation, die Technikern auch vom Smart-TV-Bereich bekannt sein sollte.

Smart Homes schaffen an dieser Stelle Abhilfe. Ein Schalter mag problemlos fünfzig Jahre lang leben: Wenn die in ihm integrierte Steuerungssoftware mit aktuellen Geräten nicht mehr zurechtkommt, so ist sein Eigentümer auf Wohl oder Wehe zum Kauf einer neuen Version verpflichtet. Dank permanenter Internetverbindung ist dazu nicht einmal mehr ein Austausch von Hardware notwendig – im Grunde genommen reicht es aus, eine neue Software gegen Bezahlung anzubieten.

Besonders findige Unternehmen gehen an dieser Stelle einen Schritt weiter. Als Beispiel dafür sei Haier genannt: langjährige Verfolger der Mobilcomputerindustrie kennen das Unternehmen als Hardwarepartner von Palmsource ALP. Auf dem Mobile World Congress 2015 zeigte das im Whiteware-Bereich (Stichwort Weinkühler) weit verbreitete und mächtige Unternehmen eine Serie von Smartphones, die mit der hauseigenen Whiteware Verbindung aufnehmen können. Dabei kommt ein – heute fast ausgestorbener – Infrarottransmitter zum Einsatz: Ein Schelm, wer dabei an das Ausschließen der auf Bluetooth setzenden Geräte von Samsung und LG denkt.

Hersteller begegnen diesen neuen Möglichkeiten begierig. Als besonderes Beispiel für das Smart Home sei die WeMo-Serie aus dem Hause Belkin genannt. Die Produktpalette deckt alles vom smarten Lichtschalter bis zur fernsteuerbaren Klimaanlage ab: Es gibt nichts, was das Herz des Bauherrn nicht begehrt.

Die Eclipse Foundation spielt im Smart-Home-Bereich mit ihrem als „Eclipse SmartHome“ bezeichneten Projekt ebenfalls eine Rolle. Es handelt sich dabei um eine komplette Protokollsuite, die den gesamten Smart-Home-Bereich abdeckt (Abb. 1.1).

Abbildung 1.1: Das Smart-Home-Projekt deckt „alles“ ab (Bildquelle: http://iot.eclipse.org/)

Professionalisierung

In der Anfangszeit der Computertechnik kochte jeder Hersteller sein eigenes Süppchen. Die ersten IoT-Systeme waren von mit weißen Labormänteln ausgestatteten Rüstungselektronikern in ihrer Freizeit zusammengebastelte Hacks, die ihre interne Kommunikation mit proprietären Schnittstellen erledigten.

Wie im Computerbereich – Qt ist hier leuchtendes Beispiel – entwickeln sich im Bereich des Internet of Things gemeinsame und standardisierte Kommunikationsprotokolle. Dabei wird sowohl von Seiten der Hersteller als auch von Seiten unabhängiger Dritthersteller eine Einigung vorangetrieben: Ob der immensen Komplexität der realen Welt ist es andersartig nicht möglich, Kunden umfassende und für sie befriedigende Lösungen anzubieten.

Sogar im hochproprietären Sektor des Smart Homes findet mittlerweile Standardisierung statt. Es gibt im Bereich der Whiteware nur sehr wenige Unternehmen, die von der Waschmaschine bis zum Tranchierer alles aus einer Hand anbieten. Wenn jeder von ihnen sein eigenes Süppchen kocht, entstehen diverse für die Kunden unbefriedigende Insellösungen. Die Etablierung gemeinsamer Standards ermöglicht an dieser Stelle bessere Konvergenz. Wenn sich ein Küchenmaschinenhersteller, ein Entwickler von Klimaanlagen und ein Anbieter von Handys zusammenschließen, so können sie zu dritt komplette Smart-Home-Systeme realisieren.

Pub/Sub mit Bahoe

XML und JSON sind im Bereich Systeminteroperation weit verbreitet. Doch ob des immensen Overheads des HTTP-Protokolls sind sie für die Kommunikation mit Sensoren und ähnlichem „Kleinkram“ eher schlecht als recht geeignet. MQTT – der Begriff steht für Message Queue Telemetry Transport – hat sich im Laufe der letzten Jahre zu einem Quasistandard in der Welt des Internet of Things etabliert. Das von IBM anfangs im Alleingang entwickelte Protokoll wurde mittlerweile zwecks Standardisierung an OASIS übergeben; diverse Hersteller bieten Implementierungen an.

Die grundlegende Idee ist einfach: Das Produkt ist ein klassisches Publish-Subscribe-System. Zwecks Reduktion des auf Seiten des Entwicklers anfallenden Aufwands setzt MQTT dabei auf eine eher simple Hierarchie. Ein Kanal entsteht, indem man in ihn gehörende Daten veröffentlicht...