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Eine generische Web-of-Things Plattform für Smart Vending unter besonderer Betrachtung von REST-basierter Architektur und Business Rules

Autor: S. Penner
Masterarbeit: MT1506 (Juli, 2015)
Betreut von: o. Univ.-Prof. Dr. Michael Schrefl
Angeleitet von: Dr. Bernd Neumayr
Ausgeführt an: Universität Linz, Institut für Wirtschaftsinformatik - Data & Knowledge Engineering
Ressourcen: Kopie


Kurzfassung (Deutsch):

Die Fortschritte bei der Miniaturisierung von physischen Geräten und Sensoren in den letzten Jahrzehnten führten zu einem Aufschwung des Pervasive Computing. Das Web-of-Things, bei dem eine Vielzahl an alltäglichen Gegenständen als intelligente Objekte mit ihrer Umwelt über das Internet interagieren, erlangte durch die Nutzung von weit verbreiteten und interoperablen Standards wie HTTP, XML oder JSON zunehmende Bedeutung. Im Vergleich zum Internet-of-Things liegt der Fokus nicht in der Schaffung von Kommunikationsprotokollen, sondern in der Orchestrierung und Nutzung der Daten für Anwendungen. Die Autoren wurden durch die zunehmende Popularität des Verkaufs von Waren und Dienstleistungen mittels Automaten (gen. Vending) dazu veranlasst ein Smart Vending Szenario zu entwickeln, auf Basis dessen analysiert werden soll, ob und wie eine Integration von Automaten in das Web-of-Things erfolgen kann.

Das Ziel dieser Arbeit ist zu untersuchen wie komplexe Dinge, am Beispiel eines Getränkeautomaten, ins Web-of-Things integriert bzw. in diesem abgebildet werden können. Zunächst wird von den Autoren, unter Mitwirkung von Marktteilnehmern, ein Smart Vending Szenario erarbeitet und dessen Umsetzbarkeit in bestehenden Web-of-Things-Plattformen untersucht. Die durchgeführte Evaluierung zeigte, dass die verfügbaren Web-of-Things- Plattformen intentional nicht für komplexe Anwendungsszenarien entwickelt wurden. Vor allem aufgrund der fehlenden Unterstützung zur Abbildung und Integration komplexer Dinge wird in Folge von den Autoren eine eigene Plattform, namens WoTCloud, in Form eines Prototypen vorgeschlagen und entwickelt.

Neben einer allgemeinen Erläuterung der Architektur und Implementierung werden im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit spezifische Aspekte der Plattform näher erläutert. Es wird geklärt, warum Web-of-Things- Plattformen auf einen REST-basierten Architekturstil setzen. Weiters werden die zugrundeliegenden Services von WoTCloud, die sowohl zur Integration von Sensordaten und Aktuatoren, sowie als API für darauf aufbauende Anwendungen dienen, vorgestellt. Darüber hinaus wird die Integration von Business Rules in WoTCloud diskutiert. Es werden sowohl datengetriebene als auch temporale reaktive Regeln vorgestellt und deren Implementierung sowie Einsatzzweck erläutert.

Kurzfassung (Englisch):

Recently there has been a paradigm shift taking place in the field of computing towards miniaturized pervasive objects which are becoming more and more popular in our daily lives. Smart things are digitally enhanced physical objects with communication capabilities. Web-of-Things emerged from a lack of standardized communication protocols by reusing well-proven and widely accepted protocols like HTTP, XML or JSON in order to connect smart things to the Web. At the same time Web-of-Things platforms have risen as central data hubs for things offering light-weight integration via REST services. Moreover, vending machines are becoming more attractive and are of great interest in the context of Web-of-Things due to obvious reasons.

The objective of the thesis is to investigate how complex things like vending machines could be integrated into theWeb-of-Things. Thus, market players have been interviewed about current shortcomings and challenges resulting in notional requirements concerning a vending operator’s business. Subsequently, the authors developed a smart vending scenario and evaluated the suitability of state-of-the-art Web-of-Things platforms. After evaluating four platforms with derived criteria the authors found that all of them are not capable of covering the smart vending scenario sufficiently. Especially the feature to represent and integrate complex things was missing. As a consequence, the authors went further and agreed on building a custom Web-of-Things-platform as part of the thesis.

Apart from a profound introduction of the platform called WoTCloud, the thesis highlights two important issues. First, REST is discussed as well as the motivation behind Web-of-Things-platforms to be grounded on this architectural notion. Moreover, we discuss how sensor and actuators can be integrated into WoTCloud as well as how further applications can benefit from REST-based webservices. Lastly, different kind of business rules are integrated into WoTCloud. As a consequence, vending machine operators can benefit from automating parts of their business processes by creating and maintaining reactive business rules.

Vorwort (Deutsch): Diese Masterarbeit gibt einen Einblick in die Entwicklung einer Web-of- Things-Plattform für komplexe Dinge. Während diese Arbeit insbesondere die REST-basierte Architektur sowie Business Rules diskutiert, fokussiert eine begleitende Arbeit, verfasst durch Andreas Neuhauser, unterschiedliche Multi-Tenancy-Ansätze sowie Templates. Die grundlegenden Abschnitte dieser Arbeit (Kapitel 2 - 5) sowie die konkrete Implementierung wurden von beiden Autoren gemeinsam entwickelt und sind in beiden Arbeiten deckungsgleich, sodass beide Arbeiten voneinander unabhängig gelesen werden können.