IoT-Architektur in der Praxis: Vom Sensor zur Cloud

Ziele der Schulung

In diesem 2-tägigen Seminar "IoT-Architektur in der Praxis: Vom Sensor zur Cloud" lernen Sie die Architektur einer IoT-Lösung vom Sensor am Gerät über die Funk- und Protokollebene bis zur Datenverarbeitung in der Cloud kennen. Der Schwerpunkt liegt auf Konnektivität und Protokollen, die Gerät und Cloud miteinander verbinden. Im durchgängigen Praxisprojekt wenden Sie das Gelernte unmittelbar an.

Lernziele:

• Die Referenzarchitektur einer IoT-Lösung aus Device, Edge und Cloud erklären und auf eigene Anwendungsfälle übertragen
• Funktechnologien (WLAN, BLE, LoRaWAN, NB-IoT/LTE-M) anhand von Reichweite, Energiebedarf, Bandbreite und Kosten bewerten
• IoT-Protokolle (MQTT, CoAP, HTTP) und Datenformate (JSON, CBOR, Protobuf) einordnen und MQTT sicher anwenden
• Die Grundlagen von IoT-Security (TLS, Zertifikate, Device Identity) in einer Lösung berücksichtigen
• Eine einfache IoT-Strecke von der Sensordatenerfassung über MQTT bis zum Dashboard in Betrieb nehmen und anpassen

Nach dem Seminar

Sie kennen den Weg der Daten vom Sensor bis ins Dashboard und wählen Funktechnologie und Protokoll für Ihren Anwendungsfall begründet aus. Mit der selbst in Betrieb genommenen IoT-Strecke haben Sie ein lauffähiges Referenzbeispiel, das Sie auf eigene Projekte übertragen können.

Zielgruppe Seminar

• Softwareentwickler, die in IoT-Projekte einsteigen
• Embedded-Entwickler, die die Konnektivitäts- und Cloud-Seite kennenlernen wollen
• Softwarearchitekten, die IoT-Lösungen konzipieren und Technologien bewerten müssen

Voraussetzungen

• Programmierkenntnisse in C oder einer C-ähnlichen Sprache wie C++, Java oder C#
• Grundkenntnisse in Docker und Netzwerken hilfreich
• Keine Elektronik- oder IoT-Vorkenntnisse erforderlich

Seminarinhalt

Einführung in IoT

• Begriffe und Abgrenzung von IoT, IIoT und Edge Computing
• Referenzarchitektur einer IoT-Lösung aus Device, Edge und Cloud
• Typische Anwendungsfälle und Geschäftsmodelle
• Architektur-Skizze für einen eigenen Anwendungsfall (Übung)

Devices und Sensorik

• Auswahlkriterien für Mikrocontroller und Embedded-Linux
• Sensoren und Aktoren anbinden (GPIO, I2C, SPI, UART im Überblick)
• Knappe Ressourcen eingebetteter Geräte bei Energie, Speicher und Konnektivität
• Das Device des Praxisprojekts in Betrieb nehmen (Praxisübung)

Konnektivität

• Vergleich der Funktechnologien WLAN, BLE, LoRaWAN und NB-IoT/LTE-M
• Überblick über Mesh- und Smart-Home-Standards wie Zigbee und Thread/Matter
• Auswahlkriterien wie Reichweite, Energiebedarf, Bandbreite und Kosten
• Netzwerktopologien und Gateways
• Technologieauswahl für Fallbeispiele (Gruppenübung)

Protokolle

• MQTT im Detail mit Publish/Subscribe, Topics und QoS
• CoAP und HTTP/REST im Vergleich
• Einordnung von OPC UA für industrielle Anwendungen
• Datenformate JSON, CBOR und Protobuf
• Sensordaten per MQTT an einen Broker senden (Praxisübung)

Cloud-Anbindung und Datenverarbeitung

• Überblick über IoT-Plattformen
• Device Management und OTA-Updates
• Datenpipeline von der Aufnahme über die Speicherung bis zur Auswertung
• Zeitreihendatenbanken als Speicher für Sensordaten am Beispiel InfluxDB
• Datenpipeline mit Telegraf, InfluxDB und Grafana in Betrieb nehmen (Praxisübung)

IoT-Security-Grundlagen

• Transportverschlüsselung mit TLS
• Zertifikate, Device Identity und Provisioning
• Typische Angriffsflächen und Gegenmaßnahmen
• MQTT-Verbindung mit TLS absichern (Praxisübung)

Durchgängiges Praxisprojekt

Über beide Kurstage entsteht schrittweise eine einfache IoT-Strecke vom simulierten Device über die MQTT-Übertragung und die Datenpipeline mit Telegraf und InfluxDB bis zum Grafana-Dashboard

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