Microsoft Embedded Update 2020 mit Einblick in Azure IoT Edge

Wie jedes Jahr organisiert M&F auch dieses Jahr ein Seminar, indem die Neuerungen von Windows Embedded und Windows IoT Systemen vorgestellt werden. Auch dieses Jahr erhielten wir durch den 17-fachen Microsoft MVP Martin Grossen von Avnet Silica und den Software Engineer und IoT Experte der M&F Uche Mennel spannende Inputs. Ausnahmsweise wurde die Veranstaltung wegen der Coronapandemie als Webinar durchgeführt. Trotz diesen Umständen freuten wir uns, über 80 Teilnehmende begrüssen zu dürfen.

Microsoft Windows 10 IoT Enterprise Roadmap

Im ersten Vortrag stellte Martin Grossen die zu erwartenden Änderungen für das Windows IoT Portfolio vor. In diesem Portfolio werden im Moment noch eine Vielzahl von verschiedenen Windows Versionen angeboten. Viele davon werden aber bald ihr «End of Extended Support» erreichen.

Generell kann man die Lizenzen einer Windowsversion für 15 Jahre nach ihrer Veröffentlichung kaufen. In den ersten fünf Jahren nach der Veröffentlichung erhält eine Version den «Mainstream Support». Danach folgen weitere fünf Jahre «Extended Support». Zehn Jahre nach Veröffentlichung einer Version bietet Microsoft also keine weiteren Updates (auch Sicherheitsupdates!) mehr an. Die Kunden haben dann zwar noch die Möglichkeit, die Security Updates für diese Version für weitere drei Jahre zu erhalten (Extended Security Update – ESU). Dies ist aber im Vergleich zu den gewöhnlichen Lizenzgebühren teurer. Es ist empfohlen spätestens nach 10 Jahren auf eine neuere Windowsversion zu migrieren.

Schon seit Oktober 2018 gibt es zwei Kanäle, wie IoT Windows bezogen werden kann: Semi Annual Channel (SAC) und Long Term Servicing Channel (LTCS). Im SAC erhalten die Kunden alle sechs Monate neue Features. Sie sind aber vertraglich verpflichtet mindestens alle vier Monate wichtige Updates zu installieren. Jedes Feature-Update sollte 12 Monate nach der Veröffentlichung installiert werden. Im LTSC besteht diese Update-Pflicht nicht. Mögliche Updates werden bereitgestellt und der Kunde entscheidet selbstständig, ob und wann diese installiert werden sollen. Dafür stehen der LTSC-Version nicht immer alle Features zu Verfügung. Microsoft ist bemüht alle 2 – 3 Jahre eine neue LTSC-Version zu veröffentlichen.

Die nächste LTSC Version wird voraussichtlich im Herbst 2021 veröffentlicht werden. Geplant sind folgende, spannende Features:

• Verbesserten Support für Linux Container
• Besseren Azure IoT Hub Support
• Kleinere Installationsgrösse des Windows 10 IoT Systems (Das Ziel sind 8 GB)

Ein Preview wird schon ein halbes Jahr vor der Veröffentlichung bereitstehen. Dann haben Unternehmen die Möglichkeit, diese neuen Features zu testen.

Azure IoT Edge Overview

In seinem zweiten Vortrag ging Martin Grossen auf mögliche IoT Architekturen ein. Eine erste Unterscheidung ist die zwischen «IoT in the Cloud», bei der die Industriemaschinen direkt mit der Cloud verbunden sind, und «IoT on the Edge», bei der die Maschinen mit Rechnern vor Ort verbunden sind.

Damit beide Architekturen problemlos funktionieren muss «Code Symmetry» angestrebt werden. Der Code muss so geschrieben sein, dass er sowohl auf einem lokalen Rechner als auch in der Cloud genau gleich funktioniert.

Bei der Verbindung zum Azure IoT Hub gibt es verschiedene Szenarien, die implementiert werden können:

• Szenario IoT Device: Diese Geräte haben die Fähigkeit, selbständig mit der Cloud zu kommunizieren.
• Cloud Gateway: Zwischen dem Gerät und dem Azure IoT Hub wird ein Gateway eingesetzt. Dies hat den Vorteil, dass das Gerät nicht mit denselben Protokollen kommunizieren muss wie der Azure IoT Hub.
• IoT Edge: Ein IoT Edge Device übernimmt nicht nur einen Grossteil der Kommunikation, sondern führt auch einige Verarbeitungs- oder Analyseschritte aus. Dies kann von Vorteil sein, wenn man gewisse Daten aus Sicherheitsgründen nicht in der Cloud speichern möchte.
• Edge Device: Hier übernimmt das Gerät sowohl die Kommunikation mit der Cloud als auch die Aufgabe von verschiedenen Verarbeitungs- und Analyseschritten.

Docker und Kubernetes sind aus einem modernen Entwicklungsumfeld kaum mehr wegzudenken. Dem trägt nun auch der Azure IoT Hub Rechnung: Ab Frühjahr 2021 gibt es eine Preview, wie Kubernetes als Orchestrator von Edge Devices mit dem Azure IoT Hub zusammenarbeiten wird. Microsoft liefert auch gleich Empfehlungen, auf welchen Geräte man mit Kubernetes Arbeiten soll:

Für die Tiny Edge Devices ist Akri (Azure Kubernetes Resource Interface) angekündigt. Mit diesem Projekt werden Tiny Edge Devices in den Kubernetes Cluster eingebunden, in dem sie als «native Kubernetes Resource» repräsentiert werden. Mit so einer Lösung könnte beispielsweise eine Menge von Microkameras verwaltet werden, die in einem Einkaufsladen die Einhaltung von Social Distancing überwachen sollen.

Practical Azure to IoT Edge

Im dritten Vortrag zeigte Uche Mennel in einem Praxisbeispiel auf, wie eine schlüsselfertige Lösung für die Kommunikation von Geräten mit dem Azure IoT Hub funktionieren kann. Dabei wurden zwei (simulierte) Geräte mit OPC UA Interface über ein Edge Gateway mit dem IoT Hub verbunden. Gleichzeitig wurde eine Web-Applikation in Form eines Echtzeit-Dashboards auf dem Edge Gateway installiert. Bei der Weiterentwicklung von flexiot – der Industrial IoT Serviceplattform von M&F Engineering – ist es oft nötig, dass Auswertungs-Dashboard angepasst werden. Diese Dashboards sollten auf die Kunden zugeschnitten sein und in einer einfachen Übersicht alle nötigen Informationen darstellen.

Uche Mennel demonstrierte live, dass die gesamte Kommunikation innerhalb von wenigen Minuten aufgesetzt werden kann. Dabei wurden alle Geräte sicher konfiguriert, so dass sie nur mit ihren vorgesehenen Partnern kommunizieren. Mit einer Farbanpassung im Dashboard Code zeigte Uche Mennel, dass Änderungen über eine CI/CD Pipeline vollautomatisch ins Edge Gateway eingepflegt werden können.

Azure Sphere

Zum Abschluss demonstrierte Martin Grossen mit einem Azure Sphere Device, wie Messdaten von einem Luftqualitätssensor schnell in die Cloud gebracht werden können. Das Gerät verbindet sich beim Start automatisch mit dem Azure IoT Hub. Der Sensor kann an einer vorgefertigten Einsteckplatte angebracht werden. Sobald der Sensor erkannt wird, wird er aufgestartet und kalibriert. Die Daten werden mit wenig Verzögerung in einem Cloud Dashboard publiziert:

Diese geschlossene Lösung von Microsoft eignet sich für «Brown Field Applications». Wenn eine Maschine selbst nicht genug sicher ist, um die Kommunikation mit dem IoT Hub zu übernehmen, kann mit wenig Aufwand ein Azure Sphere Device als Guardian an der Maschine angebracht werden, dass diese Aufgaben übernimmt.