IoT-Forschung

Damit die Smart City nicht zum Störfall wird

Das Projekt Sorrir soll das Internet der Dinge zuverlässiger und sicherer machen. An dem vom BMBF geförderten Projekt arbeiten die Universitäten Ulm und Passau mit den Industriepartnern Innowerk-IT und bwcon.

© Tumisu/Pixabay

Das „Internet der Dinge“ ist eine feine Sache, wenn alles reibungslos und fehlerfrei funktioniert. Von der „Smart City“ über das „autonome Fahren“ bis zur „Fabrik der Zukunft“ geht nichts ohne digitale Systeme, deren Aufgabe es ist, interaktive Prozesse effizienter zu gestalten. Um solche IoT-Systeme – die Abkürzung steht für den englischen Begriff „Internet of Things“ – robuster gegen Angriffe und weniger fehleranfällig zu machen, fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) ein Projekt der Universitäten Ulm und Passau mit insgesamt 1,5 Millionen Euro. Als Industriepartner mit dabei sind das Passauer Software- und IT-Beratungshaus Innowerk-IT und der Stuttgarter Innovationsdienstleister bwcon. Im Mittelpunkt von Sorrir, so der Projektname, steht die Entwicklung einer selbstorganisierenden resilienten Ausführungsplattform für IoT-Dienste.

„Mehr und mehr durchdringt das Internet der Dinge unseren privaten Alltag, und es gewinnt auch in der Wirtschaft, der Medizin und dem öffentlichen Raum massiv an Bedeutung. Mit der zunehmenden gesellschaftlichen Relevanz von IoT-Systemen wächst auch das Bedürfnis nach Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit“, erklärt Projektkoordinator Dr. Jörg Domaschka, Gruppenleiter vom Institut für Organisation und Management von Informationssystemen der Universität Ulm.

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„Keiner möchte mit einem automatisierten Fahrzeug leben, das gehackt werden kann oder in einer Smart City mit gestörter Energieversorgung und unzuverlässigen Verkehrsleitsystemen. Dafür brauchen wir robuste IoT-Systeme“, erläutert Professor Hans Reiser, der an der Universität Passau auf einer Juniorprofessur für Sicherheit in Informationssystemen forscht. Nicht weniger empfindlich sind – Stichwort Industrie 4.0 – IoT-basierte Steuerungssysteme von industriellen Produktions- oder Versorgungsprozessen.

IoT-Infrastruktur gegen Störungen und Angriffe sichern
Mit Sorrir soll das Internet der Dinge zuverlässiger und auch sicherer werden. Genauer gesagt geht es in dem Projekt darum, die IoT-Infrastruktur robuster gegen Störungen und Angriffe zu machen. Das Ziel ist mehr Resilienz, so der Fachbegriff. Dafür werden einerseits bereits existierende Software-Werkzeuge, die sich als Resilienzmechanismen bewährt haben, in einer Bibliothek gebündelt. Andererseits geht es darum, ein eigenständiges Programmiermodell sowie eine resiliente Ausführungsumgebung zu entwickeln.

„Das Besondere an unserem Projekt: Wir wollen es möglich machen, dass die Resilienzmechanismen nicht nur bei der Installation mit der Anwendung verknüpft werden können, sondern sogar im laufenden Betrieb“, so Professor Franz Hauck vom Institut für Verteilte Systeme, der mit seiner Arbeitsgruppe an Sorir beteiligt ist. Unter den Ulmer Forschern sind auch Wissenschaftler des Instituts für Softwaretechnik und Programmiersprachen, das von Professor Matthias Tichy geleitet wird.

vordere Reihe v.l.: Stefan Dambeck (Innowerk-IT GmbH), Gerhard Habiger (Uni Ulm), Franz Hauck (Uni Ulm), David Mödinger (Uni Ulm) mittlere Reihe v.l.: Hans Reiser (Uni Passau), Jörg Domaschka (Uni Ulm), Philipp Eichhammer (Uni Passau), Matthias Dangl (Innowerk-IT GmbH) Reihe hinten v.l.: - Christian Berger (Uni Passau), Matthias Tichy (Uni Ulm), Jakob Pietron (Uni Ulm), Stefan Wesner (Uni Ulm) © Gerhard Habiger / Universität Ulm

Durch die dynamische Verknüpfung können beliebige Schutzmaßnahmen, beziehungsweise Resilienzmechanismen, gezielt aktiviert oder deaktiviert werden. Die selbstorganisierende Ausführungsplattform, die das Forscherteam entwickeln möchte, sorgt in der Anwendung für ein Maximum an Flexibilität: So können Komponenten beliebig hinzugefügt, entfernt, verschoben oder aktualisiert werden. Zudem kann die Ausführungsumgebung jederzeit angepasst werden, und es ist möglich, die software-basierten Schutzmechanismen situationsangemessen neu zu konfigurieren.

Anwendungsbeispiel Parkraumverwaltung
Als praktisches Anwendungsbeispiel haben sich die Wissenschaftler unter anderem für die Parkraumverwaltung entschieden. Dies ist ein Bereich, der im Zusammenhang mit dem Thema Mobilität, Verkehrsraumnutzung und Energieversorgung zu den zentralen Herausforderungen der Smart City gehört. Partner für den Praxistest ist die Stadt Ulm, die eine von vier Gewinnerstädten in Baden-Württemberg im Bundeswettbewerb „Zukunftsstadt 2030“ ist. Später ist geplant, das Resilienz-Konzept auch auf die Bereiche E-Health und Industrie 4.0 auszuweiten.

Das Sorrir-Forschungsprojekt adressiert nicht nur das in der Gesellschaft wachsende Bedürfnis nach Sicherheit und Zuverlässigkeit, sondern es reagiert auch auf technische Trends im Bereich Internet der Dinge. Denn die IoT-Systeme werden immer größer und komplexer, die Aufgaben immer anspruchsvoller. Außerdem sind solche Systeme heute viel stärker in kritische Infrastrukturen eingebunden, und aufgrund des wachsenden Bedarfs an Rechenkapazitäten wird häufiger auf Cloud-basierte Lösungen gesetzt.

Dazu kommen allgemein kürzere Entwicklungszyklen im Software-Bereich und eine zunehmende Diversität an verbauter Hardware wie Sensoren und Aktoren. „Das heißt, in dem Maß, in dem die gesellschaftliche Abhängigkeit vom Internet der Dinge zunimmt, wird die Programmierbarkeit der zugrundeliegenden IoT-Systeme erschwert“, erläutert Projektleiter Domaschka das Grundproblem.

Gemeinsam mit den IT- Experten der Universität Passau und der beiden Partnerunternehmen arbeiten die Ulmer Informatiker und Ingenieure nun daran, die Sorrir-Plattform möglichst robust gegenüber Hard- als auch Software-Ausfällen zu machen. Außerdem soll sie gestörte Übertragungsnetze und Ausfälle von Cloud-Diensten tolerieren können und in der Lage sein, gezielte Angriffe von außen wirkungsvoll abzuwehren. „Mit unserem Forschungsprojekt wollen wir die Arbeit der Softwareentwickler einfacher machen, damit diese sich in Zukunft wieder auf ihre Kernaufgabe, die Anwendungslogik, konzentrieren können“, so die Forscher. as

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