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IoT-Gateways kommt eine Vermittlungsfunktion zu

Das IoT-Gateway stellt das Bindeglied zwischen den kleinen Geräten, den Sensornetzwerken und der Internet-Welt dar. IoT-Gateways sind oft Linux-basierte Geräte mit leistungsfähigen ARM Cortex-A- oder Intel Quark/Atom-CPUs. Diverse Netzwerkschnittstellen sorgen für Konnektivität, ein UMTS/4-G-Modul für mobilen Internetzugang kann integriert sein.

Neben ihrer Funktion als Übersetzer und Vermittler zwischen Sensor und Cloud/IT-Welt können Gateways auch komplexere Applikationen ausführen. Beispiele sind die Filterung, Vorverarbeitung und Protokollierung von Sensordaten, (unkritische) Steuerungsaufgaben, Alarmierungen per SMS oder E-Mail, Visualisierungen von Anlagenzuständen über eine Webseite und so fort.

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Der sichere Fernzugriff über VPN oder Relay-Services wie my-devices.net ist ebenso hier angesiedelt. Letztlich ist es jedoch meistens das Ziel, die erfassten Daten an einen Server weiterzusenden, wo sie in einer Datenbank gespeichert, mit anderen Daten kombiniert und analysiert werden.

Zur Kommunikation zwischen Gateway und Server haben sich zwei Protokolle etabliert. Zunächst einmal werden HTTP/REST-Webservices verwendet, die sich im Internet-Bereich weitgehend als Standard etabliert haben. Ausgezeichnet für das IoT eignet sich allerdings das MQTT-Protokoll.

Obwohl bereits seit 1999 entwickelt, erfreut es sich erst seit kurzer Zeit großer Beliebtheit. Ein Grund dafür ist einerseits die Effizienz, speziell im Vergleich zu HTTP. Andererseits ist MQTT sehr robust, was gerade im Fall schlechter Verbindungen ein Vorteil ist. MQTT ist auf die Übertragung von Telemetriedaten optimiert, was sich auch im Namen – Message Queueing Telemetry Transport – widerspiegelt.

Eine spezielle Eigenschaft von MQTT ist, dass Sender und Empfänger einer Nachricht nicht direkt miteinander kommunizieren. Die Kommunikation läuft immer über einen sogenannten Broker, nach dem Publish-Subscribe-Verfahren. Das heißt, ein Gerät oder eine Applikation, die Nachrichten senden möchte, sendet diese unter einem sogenannten „Topic“, einem hierarchisch aufgebauten Namen.

Geräte oder Applikationen, die Daten empfangen möchten, geben jene Topics an, zu denen sie Nachrichten empfangen möchten. Aufgabe des Brokers ist es, alle Nachrichten den interessierten Empfängern zuzustellen. Jeder Teilnehmer (im MQTT-Jargon „Client“) kann gleichzeitig Sender und Empfänger sein. Der MQTT-Broker ist für die Authentifizierung und Autorisierung der Clients verantwortlich.

Die Kommunikation erfolgt üblicherweise verschlüsselt (SSL/TLS), so dass ein hohes Maß an Datensicherheit erreicht werden kann. Ein wichtiger Grund für die Beliebtheit von MQTT ist die Verfügbarkeit qualitativ hochwertiger Open-Source-Implementierungen für viele Plattformen.

Schneller Einstieg ins Internet der Dinge

Dank preiswerter Hardware und frei verfügbarer Open-Source-Software ist für experimentierfreudige Techniker der Einstieg recht schnell möglich. So bietet das deutsche Unternehmen Tinkerforge diverse Sensoren und Aktoren an, die per USB einfach mit einem PC oder Kleincomputer wie einem Raspberry Pi oder BeagleBone, der als IoT-Gateway dient, verbunden werden können.

Als Software für den IoT-Gateway bietet sich das Open-Source-Projekt macchina.io an. Damit kann eine Applikation für Linux-basierte IoT-Gateways in JavaScript und/oder C++ entwickelt werden. Programmierschnittstellen zum Zugriff auf diverse Sensoren als auch Cloud-Dienste ermöglichen rasche Erfolgserlebnisse.

Interview mit Dr. Stefan Bucher von T-Systems

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