Neue digitale Services für Kunden. Entwurf einer IoT-Referenzarchitektur für SaaS-Anwendungen auf Basis von Microservices

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Problemstellung

1.2 Aktueller Stand der Forschung

1.3 Forschungsfragen

1.4 Forschungsziel und Zielgruppen

1.5 Forschungsmethoden- und vorgehen

2 Anforderungen Referenzarchitektur

2.1 IoT-Referenzarchitekturen

2.1.1 5-Layer

2.1.2 Referenzarchitektur für IoT-basierende Geschäftsmodelle

2.1.2.1 Funktionale Sicht

2.1.2.2 Architekturschichten digitaler Geschäftsmodelle

2.1.2.3 Technische Referenzarchitektur

2.1.2.4 Zusammenfassung und Anforderungen

2.1.3 Microsoft Azure IoT Referenzarchitektur

2.1.3.1 Architekturbeschreibung

2.1.3.2 Querschnittsfunktionen

2.1.3.3 Zusammenfassung und Anforderungen

2.1.4 Zusammenfassung und Anforderungen

2.2 Software as a Service Anwendungen

2.3 Zusammenfassung und Anforderungen

3 Theoretische Grundlagen

3.1 Big Data Architekturansätze

3.1.1 Lambda-Architektur

3.1.1.1 Batch-Layer

3.1.1.2 Serving Layer

3.1.1.3 Speed Layer

3.1.1.4 Bewertung

3.1.2 Kappa-Architektur

3.1.2.1 Log

3.1.2.2 Bewertung

3.1.3 Zusammenfassung und Bewertung

3.2 Microservices

3.2.1 Merkmale von Microservices

3.2.2 Architektur von Microservice-Systemen

3.2.2.1 Skalierbarkeit

3.2.2.2 Sicherheit

3.2.2.3 Integration und Kommunikation

3.2.2.4 Application Logging

3.2.3 Architektur eines Microservice

3.2.4 Zusammenfassung und Bewertung

3.3 Mandantenfähigkeit

3.3.1 Herausforderungen

3.3.2 Konzepte auf Datenmodellebene

3.3.2.1 Shared Machine (Own Database)

3.3.2.2 Shared Process (Own Schema)

3.3.2.3 Shared Table

3.3.2.4 Zusammenfassung

3.3.3 Kontext der Gesamtanwendung

3.4 Zusammenfassung

4 IoT-Referenzarchitektur

4.1 Überblick

4.1.1 Devices-Layer

4.1.2 Connectivity-Layer

4.1.3 Device and Data Management Layer

4.1.4 Application-Layer

4.1.5 Customer Integration Layer

4.2 Messaging

4.3 Microservices

4.3.1 Microservice Customer and User Management

4.3.2 Microservice Device Management

4.3.3 Microservice Device Identity and Access

4.4 Sicherheit

4.4.1 Innerhalb der IoT Anwendung

4.4.2 Zugriff durch Web User

4.4.3 Zugriff durch Systeme

4.5 Application Logging

4.6 Disaster Recovery

4.6.1 Ablauf

4.6.2 Herausforderungen

4.7 Zusammenfassung und Bewertung

5 Use-Case Logistikplattform

5.1 Beschreibung und Anforderungen

5.2 Architekturausprägung

5.2.1 Überblick

5.2.2 Microservices

5.2.2.1 Microservice Device Management

5.2.2.2 Microservice Fleet Management

5.2.2.3 Microservice Transport Management

5.2.3 Sicherheit: Zugriff durch Web User

5.3 Zusammenfassung und Bewertung

6 Reflexion und Ausblick

6.1 Reflexion

6.2 Ausblick

Zielsetzung & Themen

Die Masterarbeit hat zum Ziel, eine technologieunabhängige Referenzarchitektur für SaaS-IoT-Anwendungen zu entwerfen, die auf Microservices basiert. Die zentrale Forschungsfrage untersucht, welche Anforderungen an eine solche Architektur gestellt werden und wie diese unter Berücksichtigung theoretischer Ansätze – insbesondere aus den Bereichen Big Data, Microservices und Mandantenfähigkeit – in einem designorientierten Modell umgesetzt werden können, wobei die Anwendbarkeit anhand eines Use-Cases (Logistikplattform) validiert wird.

• Analyse und Ableitung von Anforderungen aus bestehenden IoT- und SaaS-Modellen
• Entwurf einer konzeptionellen, technologieunabhängigen Referenzarchitektur
• Untersuchung von Big-Data-Architekturansätzen (Lambda/Kappa) für IoT-Datenströme
• Konzeptualisierung von Microservice-Strukturen und Mandantenfähigkeit
• Validierung des Architekturmodells anhand eines logistikbasierten Use-Cases

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Beschreibt die Problemstellung, den aktuellen Stand der Forschung sowie das Ziel und die Vorgehensweise der Arbeit.

2 Anforderungen Referenzarchitektur: Leitet auf Basis von Literaturstudien zu IoT-Referenzarchitekturen und SaaS-Prinzipien funktionale und nicht-funktionale Anforderungen ab.

3 Theoretische Grundlagen: Analysiert relevante Big-Data-Ansätze, Microservice-Konzepte und Mechanismen zur Mandantenfähigkeit als Basis für das Architekturdesign.

4 IoT-Referenzarchitektur: Entwirft und beschreibt die konzeptionelle IoT-Referenzarchitektur für SaaS-Anwendungen unter Berücksichtigung der zuvor definierten Anforderungen.

5 Use-Case Logistikplattform: Validiert die entwickelte Referenzarchitektur durch eine praktische Ausprägung am Beispiel einer Logistikplattform.

6 Reflexion und Ausblick: Reflektiert die Ergebnisse der Arbeit im Hinblick auf die Forschungsfragen und bietet einen Ausblick auf technologische Umsetzungsaspekte.

Schlüsselwörter

Internet of Things, IoT, SaaS, Software as a Service, Referenzarchitektur, Microservices, Big Data, Mandantenfähigkeit, Lambda-Architektur, Kappa-Architektur, Logistikplattform, Systemarchitektur, Datenmodell, Cloud Computing, Echtzeitverarbeitung

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf einer konzeptionellen und technologieunabhängigen IoT-Referenzarchitektur, die speziell für SaaS-Anwendungen auf Basis von Microservices entwickelt wurde.

Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?

Die zentralen Felder sind die Strukturierung von IoT-Plattformen, Microservice-Architekturkonzepte, Ansätze zur Mandantenfähigkeit im SaaS-Kontext sowie Big-Data-Architekturansätze wie die Lambda- und Kappa-Architektur.

Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?

Das Hauptziel ist es, eine Referenzarchitektur zu definieren, die sowohl die Anforderungen an die Verarbeitung von IoT-Daten als auch die mandantenfähigen Anforderungen von SaaS-Modellen erfüllt.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Es wird ein gestaltungsorientierter Ansatz der Wirtschaftsinformatik gewählt, der eine Analysephase (Literaturrecherche), eine Designphase (Modellierung) und eine Evaluationsphase (Use-Case-Validierung) umfasst.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Im Hauptteil werden Anforderungen aus der Literatur abgeleitet, theoretische Architekturansätze bewertet, die Referenzarchitektur detailliert spezifiziert und diese schließlich anhand eines Use-Cases für eine Logistikplattform auf ihre Praxistauglichkeit geprüft.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Internet of Things (IoT), SaaS, Microservices, Referenzarchitektur, Big Data, Mandantenfähigkeit und Echtzeitverarbeitung sind die bestimmenden Fachbegriffe.

Warum ist die Mandantenfähigkeit ein Kernaspekt der Arbeit?

Da es sich um SaaS-Anwendungen handelt, bei denen sich viele Kunden eine gemeinsame Infrastruktur teilen, ist die Trennung und sichere Verwaltung von Mandantendaten essenziell, was die Architektur maßgeblich beeinflusst.

Wie wird das Problem der Echtzeitverarbeitung in der Architektur gelöst?

Die Architektur orientiert sich an Big-Data-Prinzipien (ähnlich der Kappa-Architektur), um Daten asynchron über Nachrichtenbroker zu verarbeiten, was Skalierbarkeit und geringe Latenz bei der Analyse von Gerätedaten ermöglicht.