IoT-cloud Integratie en architectuur
Voordat we de IoT cloud integratie bespreken, is het belangrijk om te begrijpen dat een goede architectuur essentieel is voor een betrouwbare IoT-omgeving. In omgevingen waar stabiele IoT-communicatie nodig is, wordt vaak gekozen voor de Unified Namespace-architectuur (UNS). Deze architectuur wordt steeds vaker gezien als een effectief middel om IoT-implementaties schaalbaar en flexibel te houden, met aandacht voor datatoegankelijkheid en interoperabiliteit.
Wat is Unified Namespace (UNS)
UNS wordt in IoT en industriële omgevingen steeds vaker toegepast als een architectuurprincipe, vooral binnen de context van Industrial IoT (IIoT) en Industrie 4.0. De Unified Namespace fungeert als een centrale “real-time hub” waarin alle gegevens van verschillende apparaten, systemen, en sensoren worden samengevoegd, gestructureerd en toegankelijk gemaakt. Dit architectuurconcept biedt een flexibele en schaalbare manier om data uit verschillende bronnen samen te brengen en maakt integratie eenvoudiger.
Purdue model
De Unified Namespace is gebaseerd op het Purdue-model (ook wel bekend als de Purdue Enterprise Reference Architecture (PERA). Dit is geen specifieke software of hardware, maar een concept dat gegevens organiseert en standaardiseert binnen de IT- en OT-systemen van een organisatie. Het creëert één centrale, consistente data omgeving “single source of truth genoemd” waar alle gegevens op dezelfde manier worden verwerkt en gedeeld. Hierdoor kunnen verschillende systemen eenvoudig met elkaar communiceren, ongeacht de gebruikte technologie of leverancier.
Toepassingen en Voorbeelden van UNS in IoT
Smart Factory
in productielijnen kan een UNS architectuur gegevens van verschillende machines, kwaliteitscontrolesystemen en sensoren combineren om het productieproces in real-time te monitoren en optimaliseren.
Smart Cities
Voor toepassingen zoals verkeer, afvalbeheer, en energieverbruik kan UNS data van verschillende systemen en sensoren combineren en deze toegankelijk maken voor analysetools en dashboards.
Energiebeheer
Door sensordata van energieverbruikers en opwekkers in een UNS te verzamelen, kunnen energiebedrijven de vraag en aanbod balanceren en inzichten krijgen in real-time consumptiepatronen.
IoT cloud integratie
IoT cloud integratie is niet opzich zelf staant, om IoT netwerk te implementeren heeft u bijvoorbeeld een LoRaWan Netwerk Server (LNS) nodig om uw gateways te beheren en uw devices op een veiligen manier te verbinden met de cloud. De netwerkserver is het Hart van het LoraWan netwerk en is verantwoordelijk voor security, routing en batterij optimalizatie van de LoraWan nodes.
De architectuur van The Things Stack
The Things Network (TTN)
is het publieke netwerk, terwijl The Things Stack de (TTS) de achterliggende technologie is die ook in andere omgevingen gebruikt kan worden. TTS lijkt in opzet en modulair design op UNS, maar implementeert dit niet expliciet. TTN bouwt op TTS en volgt dezelfde principes.
In TTS worden gegevens echter georganiseerd en gedeeld via verschillende gescheiden componenten (zoals de Identity Server, Join Server, Network Server, Applicatie server (console) en de monitoring server. ). Deze componenten communiceren onderling via gestandaardiseerde API’s en protocollen die aan de LoRaWAN-specificaties voldoen.
Hierdoor wordt het eenvoudiger om verschillende IoT-apparaten en systemen met elkaar te laten communiceren zonder complexe integraties The Things Stack is opgebouwd uit losse componenten om flexibiliteit en schaalbaarheid te waarborgen.
LoRaWan Compatible
TTS is gebouwd voor LoRaWan en voldoet aan alles LoRaWan Specificatie v.1.0 t/m 1.1 op het moment van schrijven en de ondersteund klasse A, B en C LoRa apparaten. Maar ook backend interface voor passive roaming, remote multicast Setup, Fragmented Data Block Transport en application layer clock synchronizatie en als laatste firmware updates over the air.
Op welke manieren kan je The Things Stack implementeren hoe is het opgebouwd?
TTN (The Things Stack) kan op een Cloud hosted server worden geïnstalleerd of op een eigen gehoste server. Het is uw keuze tussen volledige controleren of volledige service.
De hoofdcomponenten zoals eerder genoemd zijn de Identity Join Server, de Gateway Server, de netwerk Server en de applicatie server (console).
Gateway Server
De Gateway server onderhoud en beheerd de gateways en zorgt voor een veilige verbinding naar de netwerkserver. Hierbij wordt “UDP Packet Forward” ondersteund maar ook het nieuwere protocol “Basics Station” protocol. Basic Station ondersteund remote control, waardoor remote control en updates mogelijk zijn. Het protocol is open waardoor er is geen vendor lockin is. De netwerkserver check de authenticity en de integriteit van de devices die zich aanmelden. Zorgt voor redundantie en selecteert de gateways voor downlink verkeer (van de netwerkserver naar de Lora devices).
Netwerk Server
De netwerkserver stuurt ook ADR commando’s op de data rate van de lora apparaten te optimaliseren. De applicatie server is verantwoordelijk voor de encryptie en decryptie van het verkeer naar de endpoints.
Vanuit de applicatie server kan je makkelijk je eigen managed systeem sturen of een integratie maken met verschillend IoT platvormen. Bijvoorbeeld naar AWS, Azure, Google Cloud.
Join Server
De join server is verantwoordelijk voor het opslaan van de root key van de devies. Het gebruikt de root keys om sessie keys mee te generen die gebruikt worden om een trusted connectie op te bouwen tussen de LoRa apparaten en de Join server. De Join server is een los compontent en kan dus in uw eigen opgeving staan voor volledige controle over de opslag van de root keys.
De identity Server registeerd gebruikers, applicaties , IoT apparaten en gateways. Dit zorgt ervoor dat je een schaalbaar multi-tenant netwerk kan implementeren over verschillende regio’s en landen over de hele wereld.
Packet Broker
De LoRaWan Stack is verbonden met de Packet broker, de packet broker zorgt dat vekeer ook tussen public en private netwerken kan routeren. Deze peering kan makkelijk worden aangemaakt waardoor er tussen andere LoRaWan netwerken gerouteerd kan worden.
API
Alles functionaliteit zijn uitgerust met API’s waardoor je LoraWan stack kan integreren in je facturatie flow, netwerk operation, device managment en organisatie systemen.
Implementatie scenario’s
Cloud hosted in de TTN, of de cloud market place launcer of een dedicated cloud hosted platvorm is mogelijk. Zelf hosted (eigen host kan ook). Binnen deze implementeer scenario’s zijn ook weer kleine verschillen zoals een prive en een communicatie cloud hosted TTS.
In de volgende blog leg ik stap voor stap uit hoe u een IoT-netwerk implementeert
