Sichere IoT-Lösungen vom Sensor bis zur Cloud

Das Internet der Dinge entwickelt sich zunehmend von einzelnen vernetzten Geräten zu komplexen Gesamtsystemen, die Sensoren, Gateways, Cloud-Plattformen und mobile Anwendungen miteinander verbinden.

Auf der Embedded World in Nürnberg präsentierte Mentor Graphics eine durchgängige IoT-Lösung, die genau diesen Ansatz verfolgt. Im Mittelpunkt steht eine vollständig integrierte Infrastruktur, die von der Hardware über Betriebssysteme bis hin zur Datenauswertung in der Cloud reicht. Der Anspruch dabei ist hoch: Unternehmen sollen nicht nur einzelne Komponenten erhalten, sondern eine flexible Plattform, die sich an unterschiedliche Anforderungen anpassen lässt und gleichzeitig Sicherheitsaspekte bereits auf Systemebene berücksichtigt.

Mentor Graphics zeigt eine vollständige IoT-Plattform

Im Zentrum der Demonstration steht eine klassische IoT-Architektur. Sensoren erfassen Daten, übertragen diese an ein Gateway und stellen sie anschließend Cloud-Diensten zur Verfügung. Während viele Anbieter einzelne Bausteine liefern, verfolgt Mentor Graphics einen End-to-End-Ansatz, der sämtliche Ebenen der Infrastruktur abdeckt. Zu den Bestandteilen gehören eine anpassbare Gateway-Plattform, das Echtzeitbetriebssystem Nucleus sowie Mentor Embedded Linux für die Verarbeitung und Weiterleitung der Daten. Die einzelnen Komponenten sind darauf ausgelegt, gemeinsam zu arbeiten und den Entwicklungsaufwand für Kunden zu reduzieren. Der Demonstrationstisch auf der Messe zeigt diesen Datenfluss anhand eines einfachen, aber praxisnahen Beispiels. Dabei wird deutlich, wie Messwerte ihren Weg vom Sensor über mehrere Verarbeitungsschritte bis hin zu Dashboards und mobilen Anwendungen finden.

Nucleus RTOS und Embedded Linux im Zusammenspiel

Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Trennung unterschiedlicher Aufgaben innerhalb der Systemarchitektur. Das Echtzeitbetriebssystem Nucleus übernimmt zeitkritische Funktionen und startet innerhalb einer geschützten TrustZone-Umgebung. Parallel dazu läuft Mentor Embedded Linux auf einem separaten Prozessorkern. Diese Instanz übernimmt die Datenaggregation sowie die Kommunikation mit Cloud-Diensten. Durch diese Aufgabenteilung lassen sich Echtzeitverarbeitung und Netzwerkkommunikation voneinander isolieren. Gerade im industriellen Umfeld gewinnt dieser Ansatz an Bedeutung. Viele Anwendungen benötigen sowohl schnelle Reaktionszeiten als auch eine sichere Anbindung an externe Systeme. Die Kombination beider Betriebssystemwelten soll genau diese Anforderungen erfüllen.

Temperatursensor demonstriert den kompletten Datenfluss

Als Demonstrationsanwendung dient ein Temperatursensor, der Messwerte an ein NXP-K70-System mit Nucleus RTOS übermittelt. Von dort gelangen die Daten per Funkverbindung an das Gateway. Anschließend erfolgt die Verarbeitung und Weiterleitung an einen Cloud-Dienst. Die Informationen werden auf einem Dashboard visualisiert und stehen zusätzlich über eine Android-App zur Verfügung. Die Anwendung erlaubt nicht nur die Anzeige aktueller Temperaturwerte, sondern auch die Steuerung eines Temperaturaktors. Dadurch kann ein angeschlossenes System beheizt oder gekühlt werden. Das Beispiel wurde bewusst einfach gehalten. Es dient vor allem dazu, die vollständige Kommunikationskette sichtbar zu machen:

• Sensor zur Datenerfassung
• Nucleus RTOS auf dem Endgerät
• Drahtlose Kommunikation zum Gateway
• Datenverarbeitung mit Embedded Linux
• Cloud-Plattform und Dashboard
• Mobile Steuerung per Android-App

SysDK als flexible Gateway-Referenzplattform

Neben der Software spielt auch die Hardware eine zentrale Rolle. Mentor Graphics stellte mit SysDK eine Referenzplattform für IoT-Gateways vor. Kunden erhalten Zugriff auf sämtliche Board-Dateien und können das Design entweder unverändert übernehmen oder gezielt an eigene Anforderungen anpassen. Dadurch verkürzt sich die Entwicklungszeit erheblich. Anstatt zunächst eine eigene Hardwarebasis entwickeln zu müssen, können Entwickler unmittelbar mit der Umsetzung ihrer Anwendungen beginnen. Die Kombination aus Hardware und Software bildet eine sofort nutzbare Entwicklungsumgebung, die den Einstieg in IoT-Projekte beschleunigen soll. Gerade für Unternehmen mit begrenzten Entwicklungsressourcen kann eine solche Referenzplattform den Aufwand für Prototypen und erste Produktgenerationen deutlich reduzieren.

Sicherheitskonzepte für vernetzte Systeme

Mit zunehmender Vernetzung wächst auch die Bedeutung der IT-Sicherheit. Mentor Graphics legt deshalb besonderen Wert auf Authentifizierung und Zugriffskontrolle innerhalb der gesamten Infrastruktur. Zwischen Endgeräten, Gateways und Cloud-Diensten werden Identitäten geprüft, bevor Daten ausgetauscht werden. Nicht autorisierte Geräte erhalten keinen Zugriff auf das System. Darüber hinaus kommen digital signierte Inhalte zum Einsatz, um die Integrität der übertragenen Informationen sicherzustellen. Für zusätzliche Sicherheitsfunktionen arbeitet das Unternehmen mit Icon Labs zusammen. Die Lösungen Floodgate Agent und Floodgate Manager erweitern die Plattform um Angriffserkennung, Firewall-Management und Richtlinienverwaltung. Ergänzt werden diese Funktionen durch Dashboards und Alarmierungssysteme, die Sicherheitsereignisse sichtbar machen.

IoT-Plattformen werden zunehmend ganzheitlich

Die Präsentation auf der Embedded World verdeutlicht einen Wandel innerhalb des IoT-Marktes. Statt einzelner Komponenten rücken zunehmend vollständige Plattformen in den Vordergrund, die Hardware, Betriebssysteme, Cloud-Dienste und Sicherheitsmechanismen miteinander verbinden. Mentor Graphics verfolgt dabei das Ziel, Entwicklern möglichst viele technische Grundlagen bereits bereitzustellen. Unternehmen können sich dadurch stärker auf ihre eigentlichen Anwendungen konzentrieren, anstatt zunächst die Infrastruktur aufzubauen. Mit der Kombination aus Nucleus, Embedded Linux, SysDK und erweiterten Sicherheitsfunktionen zeigt die Lösung, wie sich vernetzte Systeme vom Sensor bis zur Cloud durchgängig absichern und verwalten lassen. Gerade in industriellen Anwendungen, in denen Zuverlässigkeit und Sicherheit entscheidende Faktoren sind, gewinnt ein solcher integrierter Ansatz zunehmend an Bedeutung.