Erarbeitung eines Peer-to-Peer-Konzeptes zur Speicherung und Bereitstellung von Sensordaten mit prototypischer Implementierung
Im Rahmen des Praxisprojektes wurde ein alternativer Ansatz zu gängigen Internetof- Things Architekturen untersucht und prototypisch implementiert. Der Peer-to-Peer Ansatz hat das Potenzial, Systeme robuster und resistenter zu machen, in dem z.B. single point of failure vermieden werden. (Lua u. a., 2005). Das Praxisprojekt greift den Kontext und die Annahme des ECCO-Box-Systems auf (Blähser, 2021). Ein erster Architekturentwurf des Systems wurde als Vorlage bereitgestellt und ist im Anhang unter A.1 zu finden. Die ECCO-Boxen werden in der Edge betrieben und sollen Sensordaten speichern, verarbeiten und bereitstellen können. Sie sind Modular aufgebaut, wobei jedes Modul in einem eigenen Container deployed wird. Eine ECCO-Box besteht aus folgenden Modulen: einem Peer-to-Peer Modul, welches in diesem Projekt zentral behandelt werden soll, einem oder mehreren Consumer, einem oder mehreren Producer und einem Processor. Gängige Internet of Things (IoT) Kommunikationsarchitekturen nutzen für das versenden von Nachrichten und zur Verarbeitung von Data Streams (z.B. Sensordaten) i.d.R. entweder einen Broker-basierten Publish/Subscriber-Ansatz wie z.B. MQTT, oder das Client/Server Model wie z.B. CoAP (Lombardi u. a., 2021). Die Nutzung eines zentralen Brokers oder des Client/Server-Model führen zu einer zentralisierten Architektur, was Nachteile mit sich bringt. So determiniert die Leistungsfähigkeit des Brokers die Skalierbarkeit des Gesamtsystems. Wird eine gewisse Anzahl von Nodes überschritten, muss ein weiterer Broker zugeschaltet werden. Dadurch wird die Skalierbarkeit des Systems komplexer und ressourcenintensiver. Bei großen Datenmengen kann es durch die Nutzung eines zentralen Brokers zu Leistungsengpässen kommen, wodurch die Leistung des gesamten Systems beeinträchtigt wird (vgl. (Banno u. a., 2021)). Fällt der Broker aus, kann dies zum erliegen des gesamten Systems führen. Aus diesem Grund besteht bei einer Architektur, die zur Kommunikation einen zentralen Broker verwendet die Gefahr eines single point of failure (SPOF). Um Systeme resilienter zu machen sollten single point of failure und Leistungsengpässe vermieden werden. Aus genannter Problematik entsteht die Motivation ein System auf Basis einer Peerto- Peer Technologie zu konzipieren. Bei Peer-to-Peer Overlay-Netzwerken handelt es sich um verteilte Systeme ohne Hierarchie und, in vielen Fällen, ohne eine zentrale Komponente. Diese Overlay Netzwerke nutzen i.d.R. den TCP/IP-Protokollstapel und können eine vollständig dezentrale Architektur ermöglichen (Buford u. Yu, 2010). Shen u. a. (2010) und Lua u. a. (2005) dienten zur Schaffung von Grundlagenwissen über die Funktionsweise von Peer-to-Peer Netzwerken. Das Praxisprojekt hat zum Ziel ein Peer-to-Peer-Konzept zur Speicherung und Bereitstellung von Sensordaten zu erarbeiten. Der erarbeitete Lösungsansatz wird prototypisch Implementiert. Anhand eines Proof-of-Concept (PoC) wird die Machbarkeit des Ansatzes geprüft.