IoT Device Management: Was es zu beachten gilt

Die Welt des IoT dreht sich um die Vernetzung physikalischer Dinge, um deren Daten für nutzbringende Anwendungen zu verarbeiten. Das klingt zunächst banal. Befasst man sich allerdings näher mit dem Thema wird schnell klar, dass es bereits beim Vernetzen selbst und auch nach dem Vernetzen eines Geräts wichtige Themen gibt, die es zu beachten gilt.

Mit dem Vernetzen wird in diesem Beitrag verstanden, dass ein Gerät IP fähig gemacht wird und seine Daten über definierte Schnittstellen an einen entfernten Server bereitstellen kann.

Wenn es also darum geht, eine IoT Anwendung zu konzipieren und für Kunden bereitzustellen, ist es unerlässlich Fragen der Sicherheit, Konfiguration und Überwachung zu klären. Aus diesem Grund stellt das Gerätemanagement (engl. Device Management) einen wesentlichen Bestandteil von IoT Anwendungen – vor allem im B2B Kontext – dar.

Device Management – Der Lebenszyklus eines IoT Geräts

Das Device Management sollte darüber hinaus über den gesamten Lebenszyklus eines IoT Gerätes (vgl. Abbildung 1) betrachtet werden. Dieser startet mit der Planung, also der Erstellung eines Geräteschemas, und endet mit dem Ausmustern von IoT Geräten.

Abbildung 1: Lebenszyklus von IoT Geräten

Quelle 1: Eigene Darstellung nach [1].

Während dieses Lebenszyklus umfasst die Geräteverwaltung die folgenden Kernthemen [2]:

• Gerätebereitstellung und Authentifizierung:Die Gerätebereitstellung ist ein Prozess, bei dem das Gerät in einem System, z.B. einer IoT Plattform, angelegt und bekannt gemacht wird. Die Authentifizierung stellt einen wesentlichen Bestandteil dieses Prozesses dar und ist grundlegend für die Sicherheit im Internet der Dinge. Damit sich keine Geräte unerlaubt im Netzwerk anmelden, müssen sie ihre Identität nachweisen z.B. durch die Nutzung von Zertifikaten oder Authentifizierungstokens.
• Konfiguration und Steuerung:Nachdem ein Gerät vernetzt wurde, soll es meist auch aus der Ferne konfigurierbar und damit steuerbar sein. Hierzu wird der sogenannte Device Twin genutzt. Er ermöglicht, das Gerät zu jeder Zeit – ob online oder offline – zu konfigurieren, indem er die Konfiguration entsprechend abgleicht und die Kommunikation mit dem physischen Gerät möglich macht.
• Überwachung und Diagnose:Im laufenden Betrieb ist es wichtig, den Zustand des Geräts bzw. der Geräte überprüfen zu können. Auch hier wird der Device Twin genutzt, um über wichtige Zustände zu informieren. Genau diese Zustände sollten entsprechend in die Modellierung des Datenschemas eingehen, um sie mittels Device Twin aus der Ferne erreichbar bzw. sichtbar zu machen.
• Firmware Updates und Wartung:Bekanntermaßen sind Firmware Updates das A und O, wenn es darum geht, sichere Anwendungen zur Verfügung zu stellen. Dementsprechend ist auch dies eines der Kernthemen des Device Managements. Die Herausforderung liegt darin, Firmware Updates aus der Ferne einzuspielen – und das nicht nur auf ein Gerät, sondern auf eine Vielzahl von Geräten.

IoT Device Management – welche Standards gibt es schon?

Das Gerätemanagement spielt darüber hinaus eine tragende Rolle, wenn es darum geht, eine IoT Lösung zu konzipieren und zu entwickeln. Entsprechend hat die Open Mobile Alliance u.a. für das Thema Device Management das LightweightM2M (LwM2M) Protokoll entwickelt [3]. LwM2M baut aktuell auf dem Protokoll CoAP auf und deckt unter anderem die Themen Firmware Update sowie Konfiguration und Überwachung ab [4]. Auch der Standard OPC UA [5] unterstützt das Device Management vor allem im industriellen Kontext, indem es mit seinem Informationsmodell bspw. ermöglicht, eine Semantik hinter Datenwerte zu legen und damit Gerätedaten zu beschreiben [6,7]. So wird z.B. aus einer technischen Adresse für einen Datenwert wie „0x0000428: 39.8“ etwas Aussagekräftiges wie ein Wert für Temperatur in °C: 39.8.

[1] https://docs.microsoft.com/de-de/azure/iot-hub/iot-hub-device-management-overview
[2] https://iotdesign.embedded-computing.com/articles/fundamentals-of-iot-device-management/
[3] http://www.openmobilealliance.org/wp/Overviews/lightweightm2m_overview.html
[4] http://www.openmobilealliance.org/release/LightweightM2M/V1_0_2-20180209-A/OMA-TS-LightweightM2M-V1_0_2-20180209-A.pdf
[5] https://opcfoundation.org/about/opc-technologies/opc-ua/
[6] https://www.iosb.fraunhofer.de/servlet/is/21752/OPC-UA-Wegbereiter-der-I40.pdf?command=downloadContent&filename=OPC-UA-Wegbereiter-der-I40.pdf
[7] https://industrie40.vdma.org/documents/4214230/18583764/08%20Pethig_Werkzeugkasten%20OPC%20UA_1499339519885.pdf/66203259-98b5-415e-9b50-c6e7267368eb