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Welche IoT-Services Amazon Web Services (AWS) bietet

Amazon Web Services (AWS) stellt zahlreiche Dienste zur Verfügung, mit denen sich Internet-of-Things-Szenarien umsetzen lassen. Der Beitrag gibt einen Überblick.

In Amazon Web Services (AWS) stehen eine Vielzahl an Ressourcen für IIoT-Szenarien zur Verfügung (Industrial Internet of Things). Im Fokus steht die Möglichkeit, flexibel eine eigene IoT-Umgebung aufzubauen, die hochskalierbar ist.

Vor allem im Bereich Industrial Internet of Things (IIoT) spielen die Amazon-Dienste eine wesentliche Rolle, da die Dienste Millionen Geräte anbinden können. Dabei kann es sich um Produktionsmaschinen handeln, um Fahrzeuge, Sensoren und andere IoT-Geräte (Internet of Things, Internet der Dinge). Auch Alexa-Funktionen sind möglich.

Die Dienste stellen verschiedene Funktionen bereit. Der wichtigste Service ist IoT Core, der die Schaltzentrale darstellt. Weitere Dienste sind Amazon FreeRTOS, IoT 1-Click, IoT Analytics, IoT Device Defender, IoT Device Management, IoT Events, IoT Greengrass, IoT SiteWise, IoT Things Graph.

AWS IoT Core: die IoT-Zentrale

Um Sensoren und andere Geräte an AWS anzubinden, ist IoT Core der richtige Dienst. Die anderen Services verbinden sich darüber mit angebundenen Geräten. Die Anbindung der einzelnen Endgeräte erfolgt über die Cloud.

AWS IoT Core bietet die Möglichkeit zur automatischen Konfiguration der angebundenen Geräte. Authentifizierung und Sicherheit wickelt der Dienst ebenfalls ab. Dazu stehen Richtlinien zur Verfügung, mit denen die angebundenen Geräte gleichmäßig konfigurierbar sind.

Die Authentifizierung kann ohne Zusatzdienste mit X.509-Zertifikaten und TLS-Verschlüsselung erfolgen. Im Rahmen der Anbindung an IoT Core sollte sichergestellt werden, dass die komplette Kommunikation verschlüsselt erfolgt. Dazu bietet Amazon IoT Device SDKs an. Mit diesem können eigene Geräte angepasst und sicher angebunden werden.

Um die Sicherheit der angebundenen Geräte zu gewährleisten, ist IoT Device Defender gedacht. Es handelt sich dabei um einen weiteren Dienst zum Betreiben einer IoT-Infrastruktur in AWS. Der Dienst untersucht den Datenverkehr der IoT-Geräte auf verdächtige Inhalte. Die Authentifizierung der IoT-Geräte lässt sich damit ebenso konfigurieren.

Für die Flexibilität ist sichergestellt, dass die Geräte über unterschiedliche Protokolle mit AWS IoT Core kommunizieren können. Zu den bekanntesten Protokollen gehört MQTT (Message Queuing and Telemetry Transport), HTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure), MQTT über WSS (WebSockets Secure) und LoRaWAN (Low-Power Long-Range Wide-Area Network).

Abbildung 1: AWS IoT Core ist die zentrale Verwaltungsstelle für das Internet der Dinge in AWS.
Abbildung 1: AWS IoT Core ist die zentrale Verwaltungsstelle für das Internet der Dinge in AWS.

Mit dem Message Broker kann AWS IoT Core Nachrichten von und zu den Geräten steuern. Dadurch steht AWS IoT Core als Zentrale zur Verfügung, die Nachrichten von bestimmten IoT-Geräten empfängt und zu anderen Geräten sendet. Dazu stehen die genannten Protokolle zur Verfügung, auch in gemischten Umgebungen.

AWS IoT Core ist aber auch in der Lage, Kommunikationsabbrüche zu kompensieren. Wenn eine Verbindung verloren geht, steht der Status von Geräten in AWS IoT Core weiterhin zur Verfügung. Der Status aktualisiert sich automatisch, wenn die Verbindung wieder zur Verfügung steht. Diese Funktion trägt die Bezeichnung AWS IoT Device Shadow. Die Geräte kommunizieren mit AWS IoT Core und AWS IoT Device Shadow. Den Status der Geräte und die aktuelle Verbindung übermittelt AWS IoT Device Shadow regelmäßig an AWS IoT Core.

Auch Alexa-Geräte können mit AWS IoT Core an die eigene Infrastruktur angebunden werden. Dazu steht die Integration von Alexa Voice Service (AVS) für AWS IoT zur Verfügung. Die Sprachnachrichten sind zwischen den Geräten leicht übertragbar.

Mit AWS IoT Analytics Daten analysieren

Die Kernfunktionen zur Anbindung von Sensoren und anderen Geräten übernimmt IoT Core. Mit Zusatzdiensten lassen sich die Funktionen erweitern. Ein Beispiel ist IoT Analytics. Der Dienst kann von IoT-Geräten gesendete Daten verarbeiten und analysieren.

AWS IoT Analytics speichert die Daten anschließend in einer Zeitreihendatenbank. Zuvor kann IoT Analytics die eingehenden Daten filtern, transformieren und erweitern. Hier besteht die Möglichkeit, die Daten in anderen Diensten weiterzuverwenden, zum Beispiel zur Visualisierung. Dazu gehören zum Beispiel Jupyter Notebooks und AWS-Dienste wie QuickSight.

In Anwendungsfällen, wo große Datenmengen von den IoT-Geräten gesammelt werden, kann AWS IoT verschiedene Szenarien darstellen. Neben herkömmlichen Anforderungen an die Telemetrie ist es denkbar, dass die Nutzung und Statistiken erfasst werden. In Zusammenarbeit mit künstlicher Intelligenz (KI) ist dies ebenfalls denkbar, da zum Beispiel intelligente Wartungsfenster definiert werden können. Gehen in AWS IoT Core Daten von Sensoren ein, lassen sich diese mit Kinesis Firehose zu Kinesis Data Analytics weiterleiten. Hier stehen verschiedene Wege offen, zum Beispiel über Kinesis Data Streams zu AWS Lambda und in DynamoDB.

Datenverkehr zwischen AWS und IoT-Geräten steuern

Sendet ein Sensor oder ein anderes IoT-Gerät per MQTT Daten an AWS IoT Core und an AWS IoT Device Shadow, wendet IoT Core nach der Datenverarbeitung durch den Message Broker zunächst Regeln an und löst Aktionen aus, die zuvor vom Anwender definiert wurden. Danach leitet der Dienst die Daten an andere Ressourcen, wie zum Beispiel AWS Lambda, Amazon Simple Notification Service (SNS) und mobile Apps weiter, die Informationen der IoT-Geräte verarbeiten.

Ist eine Datenspeicherung notwendig, ist eine Ablage in Datenbanken wie DynamoDB möglich.  Die Datenbank kann außerdem als Datenquelle für IoT-Dienste dienen, die verschiedene Informationen zu einem IoT-Gerät benötigen.

Auch der umgekehrte Weg ist möglich, also das Senden von Daten zu IoT-Geräten, zum Beispiel von einer App auf einem Smartphone. Über Amazon API Gateway erfolgt hierbei die Kommunikation zwischen App und AWS. Die Anfrage der App kann zum Beispiel eine Lambda-Funktion auslösen. AWS Lamda kann anschließend über den Message Broker und MQTT eine Nachricht zum Gerät schicken.

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