Server Rack

Das IoT Backend, Rückgrat Ihrer Digitalisierung

Die Standard Design Plattform für IoT Backends

Durch die Vernetzung Ihrer Produkte können Sie neue Geschäftsmodelle und neue Produkte anbieten oder bestehende Geschäftsmodelle digitalisieren. Neue Marktsegmente und Nischen öffnen sich, auch für kleine Firmen.

Auch Ihre bestehenden Produkte können von der Digitalisierung profitieren. Optimieren Sie Ihre Kundenzentrierung, Produktion, Logistik und Geschäftsprozesse. Geschäftsprozesse machen nicht an der Unternehmensgrenze halt, wenn Sie Schnittstellen für Ihre Dienste bereitstellen, können Sie mit Ihren Kunden, Lieferanten und Partnern effizienter kollaborieren.

Daten sind die Basis Ihrer IoT Systeme. Sie müssen erfasst, transportiert, gespeichert und verarbeitet werden, und dies jederzeit und von überall her. Sensoren, Aktoren und Steuerungen kommunizieren über eine Standardinfrastruktur mit einem zentralen Datenspeicher- und Datenverarbeitungs-System, dem Backend. Alle Komponenten zusammen bilden Ihr Digitalisierungs-Ökosystem. In diesem System liegt das wahre Potential. Es macht es Ihnen möglich, bestehende Systeme zu optimieren, zu erweitern oder ganz neue Funktionen und Produkte anzubieten.

Für die optimale Entwicklung solcher Systeme an der Schnittstelle von OT (Operational Technology) und IT (Informations-Technik)  ist es wichtig, die Limitationen von embedded Systemen auch zu kennen.

Unser Standarddesign hilft Ihnen, die Digitalisierung effizient voranzutreiben, und dies ohne "vendor lock-in", da Sie alle Sourcen des ganzen Projektes bekommen.

Einsatzgebiete

  • Datenanalyse (Geräteverwendung analysieren, Predictive Maintenance …)
  • Service (digitaler Kundenservice, zentrale Geräteakte …)
  • Systemoptimierung (Asset-Tracking, Vernetzung von Maschinen (M2M) …)
  • Komfortfunktionen (Fernbedienung, Benachrichtigungen …)
  • Geschäftsmodelle (Verrechnung nach Verbrauch/ Laufzeit/ Funktion …)
  • Webservices, Web-Applikationen (Interaktion mit Kunden, Lieferanten und Partnern …)

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Software-Stack

Unser IoT-System folgt dem Standard-Systemdesign für solche Aufgaben. Die Geräte kommunizieren über einen standardisierten Message-Broker (MQTT, AMQP) mit dem Backend. Dies ermöglicht es Unterbrüche in der Kommunikation oder Lastspitzen zu meistern. Als Message-Broker können verschiedene Open-Source-Broker (VerneMQ, RabbitMQ, Mosquitto…), kommerzielle Broker (HiveMQ…) oder PaaS-Broker (Azure IoT Hub, Thingstream…) zum Einsatz kommen.

Das Backend basiert auf C# und ASP.NET und bietet Web-Schnittstellen über die Mobile-Clients oder Browser-Frontends (SPA, Blazor…) darauf zugreifen können.

Der Software-Baukasten enthält fertige Lösungen für wiederkehrende Aufgaben, wie z.B. Verwaltung, Authentifizierung und Autorisierung von Geräten und Benutzern, Mandantenfähigkeit (Multitenancy), Workflows, Datenanalyse und -darstellung, Push-Events, Logging, Monitoring, sichere Kommunikation und ein Infrastruktur-Framework, das zu einer wartbaren Software-Architektur führt. Durch die Verwendung dieser Komponenten ist es möglich, schnell ein lauffähiges Backend zu bekommen, da die Entwicklung sich ganz auf Ihre Domänen-Funktionen konzentrieren kann.

Kommunikationsinfrastruktur

Das Internet stellt das Rückgrat der Kommunikation dar. Geräte werden leitungsgebunden über Ethernet oder drahtlos über Wi-Fi, Mobilfunk und LoRaWAN mit dem Internet verbunden. Wird Mobilfunk oder LoRaWAN verwendet, so wird immer auch ein Kommunikationsdienstleister benötigt, der den Zugang vom Drahtlosnetzwerk ins Internet zur Verfügung stellt. Es ist möglich, mit einem Dienstleister eine weltweite Abdeckung zu erreichen, was den Betrieb wesentlich vereinfacht.

Betrieb

Der Software-Stack benötigt Server-, Speicher- und Netzwerkdienste. Diese können in einem eigenen Rechenzentrum (on-premise) oder als Infratructure as a Service (IaaS) bereitgestellt werden, wobei es bei IaaS noch die Unterscheidung zwischen Private-Cloud oder Public-Cloud gibt.

Bei der Auswahl des Dienstleisters für den Betrieb ist es wichtig zu wissen, welchen gesetzlichen Anforderungen der Dienstleister untersteht und wo die Daten gespeichert werden, damit man den gesetzlichen Anforderungen (z.B. DSGVO) nachkommen kann. Neben den bekannten amerikanischen Dienstleisters (Azure, Digital Ocean…) ist es auch möglich Europäische (Exoscale…) oder Schweizer Dienstleister zu wählen.

Funktionalität des Standard Designs

Die Plattform bietet diese Funktionen:

  • Kommunikation mit dem Benutzer
    • Web-API (synchron)
    • Meldungsbasiert (asynchron)
    • Push-Events (Echtzeit)
  • Applikations-Framework
    • Infrastruktur-Framework für modulare und wartbare Applikationen
  • Funktionen
    • Geräte- und Benutzerverwaltung
    • Workflows
    • Datenanalyse, Datendarstellung
    • Event-Processing, Jobs
    • Logging und Monitoring
    • Sicherheitsüberwachung (Audit Logging)
    • Mandantenfähigkeit

Wichtig sind zusätzlich die nicht-funktionalen Anforderungen, welche das Design erfüllt. Diese sind häufig die grössere Einschränkung als die funktionalen Aspekte:

  • Datensicherheit
    • Verschlüsselte Kommunikation
    • Authentisierung von Geräten und Benutzer
    • Rollenbasierte Autorisierung
    • Datensicherheit durch Verschlüsselung
    • Identifikation und Software-Update der IoT Geräte
  • Industriequalität
    • Entwickelt nach Solcept Prozessen (CMMI for Development (Reifegrad 3), ISO 9001)

Ihre Applikation

Ihre spezifische Applikation (entwickelt in C#) kann unter anderem umfassen:

  • Bedienschnittstelle
    • GUI Entwicklung basierend auf dem Plattform-Framework
      • z.B. automatische Generierung von Menübäumen
  • IoT Funktionen
    • Workflows
    • Alarm-Management
  • Wartung
    • Konfiguration der IoT Geräte
  • Jede andere Funktion

Technologie-Basis

Dieses Standard System Design basiert auf folgenden Technologien:

  • Betriebssystem
    • Linux, Windows
  • Solution-Stack
    • C#, .NET, ASP.NET, Blazor Server
    • Self-Hosted (on-premise, IaaS), Azure Cloud
    • Container (Docker, Kubernetes)
    • Open Source Komponenten
    • Azure Cloud Services
  • Datenspeicherung und -analyse
    • PostgreSQL (SQL)
    • Apache Cassandra (NoSQL)
    • Apache Kafka (Stream-Verarbeitung)
  • Kommunikationsdienstleister
    • Swisscom
    • Thingstream
  • Schnittstellen & Protokolle
    • Synchron (HTTPS
    • Asynchron (MQTT, AMQP)
    • Echtzeit (SignalR)
  • Security
    • TLS, DTLS, X.509
    • AES, RSA, ECC
    • SHA

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