I3 ist der Name eines offenen Konsortiums von Technologieführern, mit dem Ziel, IoT-Communities einschließlich Smart Cities zu erschaffen, in denen Gerätebesitzer ein aktiver Teil der Community sind. Einzelnen IoT-Communities soll die Möglichkeit gegeben werden, sich miteinander zu vernetzen, um größere Communities zu bilden. Anwendungen und Daten-Händlern sollen Zugriff auf diese IoT-basierten Communities bekommen und ihre Mehrwertdienste anzubieten um die Verbesserung des täglichen Lebens in der Stadt Los Angeles und darüber hinaus zu ermöglichen.
I3 steht zudem für den Intelligent IoT Integrator, dass ist die Kernsoftware die entwickelt wurde, um als herstellerunabhängiges Datenverwaltungswerkzeug zu dienen, das zwischen dem IoT-Gerät und der IoT-Anwendung sitzt, um die vielen IoT-Datenströme zwischen den unabhängiger IoT-Geräten zu steuern.
Die I3 Vision
- Das I3-System sieht eine Welt vor, in der Entwickler von Anwendungen, auf die Vielzahl von Sensoren zugreifen können, die andere bereitgestellt und mit dem Netzwerk verbunden haben.
- Das I3-System sieht eine Welt vor, in der Sensorbesitzer die Initiative ergreifen und intelligente Sensoren im Vorgriff auf einen aufstrebenden und unabhängigen Anwendungsmarkt einsetzen können, der ihre Daten zum Nutzen seiner Benutzer nutzen wird.
- Das I3-System stellt sich eine Welt vor, in der Unternehmen Daten von verschiedenen Arten von Sensoren vieler verschiedener Hersteller leicht integrieren können, um ihre internen Entscheidungsprozesse zu verbessern. Durch die Erhöhung der Datentransparenz werden fortschrittliche Datenanalysen und Prozesse der künstlichen Intelligenz einen besseren Überblick über die reale Welt haben, da sie in der Lage sind, unserer physikalischen Welt als digitalen Zwilling abzubilden.
- Das I3-System sieht eine Welt vor, in der Daten nahtlos zwischen Datenerzeugern und Datenkonsumenten fließen, eine Welt, in der Datensysteme leicht an Richtlinien und Entscheidungen angepasst werden können.
Aufgaben von I3
- Zusammenarbeit mit Lieferanten zur Schaffung einer Umgebung, die das Testen und Bewerten von IoT-Netzwerkkomponenten vereinfacht.
- Erstellen und Bewerten von Konzepten und Tools, die erforderlich sind, um Vertrauen in einer Community unabhängiger Gerätebesitzer zu schaffen und zu verwalten.
- Verbreitung von Software/Informationen, um die gemeinsame Entwicklung und Vernetzung von IoT-Communities zu fördern.
- Aktivitäten durchführen, die dazu dienen, die Realisierung von IoT-basierten intelligenten Systemen zu beschleunigen.
Die Ziele von I3
- Integration von Software aus verschiedenen Quellen zur Erstellung eines stadtweiten IoT-Test-/Demonstrationssystems.
- Die Erstellung eines Test-/Demonstrationssystems, welches die Funktionalität nachweisen, operative Tests durchführen und Marktdaten generieren kann, die zur Beurteilung des Return on Investment (ROI) erforderlich sind.
- Erweiterung unseres Verständnisses von IoT-Marktplätzen und Datenschutz durch die Evaluierung von Konzepten. Beispielsweise geht es um Förderung oder Verhinderung von Datenströmen, Datenbesitz, Anreize und Vertrauen.
- Erstellen eines Open-Source-Produktes aus der Kernsoftware I3, das an andere Community-basierte IoT-Geräte verteilt werden kann, um die systemische Evolution von einem gemeinsamen Fundament aus zu fördern.
- Entwicklung von Netzwerkfunktionen, die es verschiedenen und unabhängigen I3-Datenströmen ermöglichen, miteinander zu interagieren und Daten effektiv auszutauschen. > Ein IoT-Datenmarktplatz.
- Förderung der Bereitstellung von IoT-Geräten und des Datenaustauschs durch unabhängige Gerätebesitzer durch Berücksichtigung der Sicherheits- und Datenschutzbedürfnisse als Ergänzung zu einem Anreiz- und Vertrauensbildungssystem.
- Entwickler von Anwendungen erhalten bei Bedarf Zugriff auf eine Zusammenstellung von Echtzeit-IoT-Daten-Treiber.
- Förderung einer verstärkten anwendungsseitigen Nutzung von Datenströmen durch KI-Systeme und Anwendungen, um Daten-Händlern eine intelligentere Entscheidungsfindung zu ermöglichen.
- Erstellen einer virtualisierten Darstellung des IOT-Geräts für eine Netzwerkinfrastruktur, um das Netzwerk vor Schäden durch Geräte mit unsicherem Herkunftsbezug zu schützen.
Der I3 Marktplatz
Um die Vision bzw. die selbst gesteckten Ziele zu verwirklichen, haben Wissenschaftler der University of Southern California (USC) den I3-Marktplatz für den Kauf und Verkauf von Daten geschaffen. Aufgrund seines Designs können sowohl Menschen als auch IoT-Geräte an dem Handel auf diesem I3-Marktplatz teilnehmen, der Marktplatz speichert keine Daten, sondern fungiert nur als Vermittler für den Verkauf von Informationen. Käufer von Daten oder Datenströmen, benötigen somit einen Platz zum Speichern ihrer Daten und müssen sich sicher sein, dass diese Daten nicht manipuliert wurden.
Die Forscher der USC experimentierten daher unter anderem mit dem IOTA-Protokoll, um zu sehen, ob und wie dieses Vorhaben mit dieser Technologie funktionieren könnte. Die Distributed Ledger Technologie von IOTA ermöglicht diese gewünschte manipulationssichere Übertragung von Daten, zudem lassen sich auch noch gebührenfrei Werte (IOTA Token) transferieren. Bäm, wie geil ist das denn. 😊
Die Benutzer des I3-Marktplatzes können nun den IOTA-Tangle nutzen, um ihre Daten unveränderlich zu speichern. Zukünftig wird es in enger Zusammenarbeit weitere Forschungen, Experimente und Verbesserungen rund um das IoT und die Einbindung verschiedener Geräte und Sensoren geben. S. D. Nelson (“Nelson”) von der IOTA Foundation wird darüber in weiteren Blogartikeln berichten.
Einführung zu IoT, I3 und IOTA
Blogartikel 1 vom 24. Sep’19, Autor S.D. Nelson IOTA Foundation. Mitwirkende: „Nelson“ Nelson, Gowri Ramachandran, Kurian Karyakulam (Biografien, siehe unten)
Experimente, Forschung und Entwicklung
Erstellen von IoT-Geräten
Das Experiment beinhaltete die Einrichtung von vier einfachen IoT-Geräten. Wir haben verschiedene Geräte verwendet, um verschiedene Datenströme zu erfassen: Ein AstroPiOTA-Gerät sammelt alle 30 Minuten Umweltdaten, ein mit EnviroPhat ausgestatteter Raspberry Pi sammelt alle 30 Minuten die Temperatur, ein Autonomer Gärtner kauft Wasser, wenn die Pflanzen im Gemeinschaftsgarten durstig sind und ein CO2-TVOC-Sensor überprüft alle 20 Minuten die Luftqualität.
Verbindung zum I3 Marketingplatz herstellen
Für jeden Datenstrom wurde auf dem I3-Marktplatz ein Produkt erstellt. Anschließend wurde jedes Produkt abonniert, die Sensordaten im Tangle gespeichert und die Trends in den Daten untersucht. Die Ergebnisse der Daten wurden größtenteils so erwartet, es gab aber auch einige unerwartete Benefits, später mehr dazu.
Berichterstattung über erwartete Ergebnisse
Der LA CO2-TVOC-Monitor meldet den CO2-Gehalt, diese Art von Daten ist für die öffentliche Sicherheit nützlich. Gesundheitsexperten sollten den CO2-Gehalt kennen und Fachleute für öffentliche Sicherheit nutzen ihn zur Überwachung der Luftqualität. Die Wetterstationen AstroPiOTA und EnviroPhat melden das lokale Wetter. Der autonome Gärtner benachrichtigt die lokalen Gärtner, wenn die Pflanzen auf dem Marktplatz Wasser kaufen.
Untersuchung unerwarteter Benefits
Am 4. Juli hatten wir ein Erdbeben der Stärke 7,1 bei L.A, die Daten von AstroPiOTA scheinen dies zu widerspiegeln. AstroPiOTA ist ein Klon von AstroPi, der an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) fliegt, auf der ISS überwacht er mit einem Beschleunigungssensor und einem Gyroskop ihre Orientierung im Raum. Auf der Erde fliegt AstroPiOTA nicht, er liegt auf dem Boden, wenn das Gerät nun eine Bewegung meldet, kann das darauf hinweisen, dass sich die Erde bewegt! Wir diskutieren dies mit Erdbebenspezialisten und werden in Zukunft über unsere Ergebnisse berichten.
Etwas anderes ist auch noch passiert. Die Daten meines Autonomen Gärtners haben uns gewarnt, dass der Bodenfeuchtesensor nicht funktioniert. Dieser Sensor steckt in der Nähe des Gemüses fest im Boden, um festzustellen, wann der Boden zu trocken ist und das Gemüse Wasser benötigt. Das Experiment ist vorerst gescheitert, weil der Sensor von Korrosion befallen wurde (billigen Mist gekauft?).
Hintergrund: Die Sicherheit von Lebensmitteln und Pflanzen sind uns wichtig, In unserem lokalen Gemeinschaftsgarten sind wir zu beschäftigt für traditionelle Gartenarbeit, also hilft uns der Autonome Gärtner, Lebensmittel anzubauen und unsere Gartenanlagen in Übereinstimmung mit den Regeln der städtischen Landschaftsgestaltung intakt zu halten.
Nutzung der Vorteile von gemeinsamen Daten
Wir beginnen gerade erst mit einfachen Geräten und haben bereits positive Ergebnisse.
Ich kann es kaum erwarten zu sehen, was I3 Phase 2 bringen wird. Wir fügen eine Kamera mit KI hinzu, die Fußgängerverkehr und Parkmöglichkeiten meldet. IOTA fügt ein neues Elektrofahrzeug-Ladegerät hinzu, mit dem man unter Verwendung der Iota-Token aufladen kann. IOTA entwickelt zudem eine neue Technologie, die das Sammeln und Teilen von Sensordaten erleichtert.
Wir vermitteln anderen, wie sie ihre IoT-Geräte einbinden können, damit sie mit dem Kauf und Verkauf von Daten beginnen können. Und wir experimentieren mit der Kombination von Daten aus verschiedenen Streams.
Anschließen eines IoT-Geräts an I3 und IOTA
Blogartikel 2 vom 23. Okt’19, Autor S.D. Nelson, IOTA Foundation. Mitwirkende: „Nelson“ Nelson, Gowri Ramachandran, Kurian Karyakulam (Biografien, siehe unten)
Jetzt geht es um die Details beim Kauf und Verkauf von Daten auf dem I3 Marktplatz. Der I3 Marktplatz speichert per Design keine Daten, diese können im IOTA-Tangle gespeichert werden. Anschließend können Sie ggf. mit Hilfe von datenwissenschaftlichen Methoden an den Daten auftretende Trends untersuchen.
Verkäufer können alle Arten von Sensoren zur Datenerfassung verwenden, beispielsweise überwacht ein CO2-Sensor den CO2-Gehalt der Luft und ein Umgebungssensor überwacht Temperatur, Feuchtigkeit und andere derartige Daten. Alle Arten von Daten können Sie verkaufen. Verkäufer handeln aber in der Regel mit Rohdaten, diese können im Textformat vorliegen, z.B.: 70 C = 70 Grad Celsius, oder sie können ggf. in einer maschinenlesbaren Sprache gespeichert werden.
Daten-Händler können durch eine gewisse Vorverarbeitung einen Mehrwert für ihren Datenstrom schaffen. Beispielsweise kann ein Daten-Händler ein Video vor einem lokalen Geschäft aufnehmen und dann mit einer Software für künstliche Intelligenz die Anzahl der vorbeikommenden Personen zählen. Der Daten-Händler verkauft den Fußgängerverkehr, nicht das Rohvideo.
Daten verkaufen
Um Daten zu verkaufen, erstellt ein Verkäufer sein Produkt und veröffentlicht sein Thema. Ein Käufer zahlt eine Gebühr für das Abonnement. Um die Daten nun zu verkaufen, benötigen Sie ein IoT-Gerät, auf dem MQTT ausgeführt werden kann . MQTT steht für Message Queuing Telemetry Transport. Dies ist ein ISO-Standard für ein Publish-Subscribe- oder auch “Pub-Sub” -Nachrichtenprotokoll.
Hinweis: Auch Bee nutzt den Publish/Subscribe-Messaging-Mechanismus (die Puzzleteile fügen sich zusammen)
MQTT-Bibliotheken sind in mehreren Programmiersprachen verfügbar, darunter Python, Java, JavaScript, C und andere. In diesen Tutorials wird der Aufbau von IoT-Sensorgeräten erläutert. Der Python-Beispielcode importiert die Eclipse Paho MQTT Python-Clientbibliothek:
Einrichten von Testkonten
Beginnen Sie Ihre Arbeit, indem Sie auf http://3.17.183.219:8000 gehen und zwei Konten erstellen:
- ein Verkäuferkonto, um Ihre Daten zu veröffentlichen bzw. Ihr Produkt zu erstellen
- ein Käuferkonto, um Ihre Daten zu abonnieren bzw. das Produkte zu kaufen.
Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung finden Sie im Menü oben auf der Seite, klicken Sie auf Dokumentation.
Programmierung eines Publishers, zu dt. Herausgebers, in diesem Fall, der Verkäufer
Es gibt viele Möglichkeiten, wie Sie Daten veröffentlichen können. Jedes Tutorial hat ein Beispielskript. In diesen Tutorials nimmt der Publisher eine Sensormessung vor und veröffentlicht dann Datum und Uhrzeit der Sensormessung zusammen mit den Daten. Sie können einen Steuerprogram (scheduler) verwenden, um Ihren Publisher auszuführen. Wenn Sie beispielsweise Linux verwenden, planen Sie mit cron, dass der Publisher alle 30 Minuten ausgeführt wird.
Einrichten Ihres Abonnements
Melden Sie sich mit Ihrem Käuferkonto an. Klicken Sie auf das Produkt AstroPiOTA, sie werden nun die Produktdetails sehen. Fügen Sie dieses Produkt zu Ihrem Warenkorb hinzu und gehen Sie dann zur Bestellung. Dort sehen Sie dann eine Liste Ihrer Transaktionen, zusätzlich erhalten sie auch eine Benachrichtigung, dass Sie das Thema “AstroPiOTA” abonniert haben.
Abonnieren Ihrer Daten
Angenommen, Sie möchten mit Ihrem AstroPiOTA-Abonnement die Entwicklung der Umweltdaten verfolgen. Sie können die Daten von I3 abrufen und im Tangle speichern.
Hier ist ein Link zu einer Schritt-für-Schritt-Anleitung zusammen mit Beispielpython-Code: https://github.com/NelsonPython/AstroPiOTA/blob/master/I3-subscribe.md
Um dieses Skript auszuführen, benötigen Sie Ihren Benutzernamen, Ihr Passwort und Ihren API-Schlüssel. Um Ihren API-Schlüssel zu erhalten, melden Sie sich bei Ihrem I3-Kaufkonto an und klicken Sie oben rechts oben auf ihren Benutzernamen, anschließend müssen sie auf API klicken um Ihren API-Schlüssel angezeigt zu bekommen.
Anzeigen Ihrer Daten im Tangle Explorer
In diesem Beispiel können Sie Ihre Daten im aufgerufenen IOTA-Testbed, dem Devnet Tangle Explorer, einsehen. In der Produktion können Sie den MainNet Tangle Explorer verwenden. Es ist wichtig zu verstehen, welche Art von Daten Sie gekauft haben. In diesem Beispiel haben Sie Umgebungsdaten von AstroPiOTA im Json-Format gekauft. Die Temperatur wird in Celsius angezeigt.
Datenermittlung
Sie können Datenwissenschaftliche Analysewerkzeuge verwenden, um Daten zu untersuchen. Kaggle ist eine Online-Community von Datenwissenschaftlern und Maschinenlern, mit deren Hilfe Sie Daten auswerten können. Beispielsweise sagen uns die Daten von dem AstroPiOTA Beschleunigungssensor und dem Gyroskop, ob sich AstroPiOTA bewegt. Dieses Gerät ist stationär, wenn diese Sensoren eine Bewegung anzeigen, können sie ein Erdbeben erkennen.
Ein weiteres Beispiel zeigt den CO2-Gehalt. In diesem Kaggle-Notebook vergleichen wir den CO2-Gehalt im Innen- und Außenbereich neben meinem Pickup-Auspuff. Versuchen Sie dieses Experiment nicht in Ihrer Garage. Sie können den Anstieg des CO2-Gehalts sehen, als ich neben dem Fahrzeugauspuff eine Messung vornahm. Die zweite Spitze trat auf, als ich während der Fahrt auf der Autobahn Messungen machte. Bleiben Sie auf dem Laufenden, denn wir führen weitere Experimente zur Überprüfung der Luftqualität auf Autobahnen durch.
Biografien
S.D. Nelson („Nelson“) arbeitet als Technologe bei der IOTA Foundation. Er teilt die Leidenschaft von IOTA für gebührenfrei Transaktionen für das Internet der Dinge, damit die Gesellschaft von diesen neuen Technologien profitieren kann. Er hat mit Forschern am USC zusammengetan, um an der Realisierung der I3 Vision zu arbeiten. Zuvor testete er den Curiosity Mars Rover bei der NASA-JPL, unterrichtete in China und arbeitete in 27 Ländern an der Validierung von Roboter-Laborgeräten. Er ist dafür extra nach Los Angeles gezogen.
Besonderer Dank geht an WenChen Mei für seine Ratschläge zur Datenvisualisierung. Er ist ein Doktorand, der seinen Master of Science in Materialwissenschaften an der Auburn University abschließt.
Dr. Gowri Sankar Ramachandran ist Postdoktorand am Center for Cyber-Physical System und Internet-of-Things (CCI) der USC Viterbi School of Engineering der University of Southern California (USC). Er verfügt über mehr als acht Jahre Forschungserfahrung im Bereich Internet der Dinge, einschließlich drahtloser Testbeds und Middleware-Technologie sowie Anwendungen, die von der Arzneimittelabgabe in Afrika bis zur Verbesserung der Fairness bei der Polizeiarbeit reichen. Gowri ist auch an der Entwicklung und Verwaltung von USCs Intelligent Internet-of-Things Integrator (I3) beteiligt, einer Plattform für Datenmärkte für Smart Cities.
Kurian Karyakulam Sajan ist ein Technikbegeisterter und Student, der einen Master of Computer Science an der University of Southern California absolviert. Bringt 5 Jahre Berufserfahrung als Full-Stack-Entwickler in Oracle, Creditvidya-Startup im Bereich Finanztechnologie und Research-Programmierer an der University of Southern California mit. Derzeit darf er mit einem Team engagierter Intellektueller auf dem I3-Datenmarkt unter der Leitung von Professor Bhaskar Krishnamachari zusammenarbeiten. Eine revolutionäre Idee, die sich aus IoT, Blockchain, verteilten Systemen, Ökonomien und maschinellem Lernen zusammensetzt und das Potenzial hat, tief in eine Vielzahl von Forschungsfragen einzutauchen, die noch nie untersucht wurden.
Quellen
Blogpost 1 – Einführung in IoT, I3 und IOTA
Blogpost 2 – Anschließen eines IoT-Geräts an I3 und IOTA
Mehr
Schrittweise Anleitungen zum Erstellen eigener Geräte: https://github.com/iota-community/I3-IOTA
Erfahren Sie mehr über IOTA https://www.iota.org/
Treten Sie unserer Community auf Discord https://discord.iota.org/ bei.
IOTA Technische Dokumentation https://docs.iota.org/
Erfahren Sie mehr über USC Marshall https://www.marshall.usc.edu/
Erfahren Sie mehr über USC Viterbi https://viterbischool.usc.edu/
Erfahren Sie mehr über das I3-Konsortium https://i3.usc.edu/about/i3-consortium/