Open KI IoT SH (IoT-Hub)
Open LoRaWAN KI IoT Plattform Schleswig-Holstein
| Laufzeit: | 01.04.2025 - 31.03.2028 |
| Leitung: | Prof. Dr.-Ing. Horst Hellbrück |
| Mitarbeiter: | Finja Wegener, M.Sc., Tom Kruse M.Sc. |
Hintergrund
Mit der fortschreitenden Entwicklung des Internet der Dinge (IoT) wird der Bedarf an leistungsfähigen und offenen Infrastrukturen zunehmend größer. Schleswig-Holstein verfügt bereits über eine breit ausgebaute LoRaWAN-Infrastruktur, die von öffentlichen und privaten Anbietern betrieben wird. Diese bildet die technologische Basis für das Projekt Open KI IoT SH - eine offene Plattform, die moderne IoT-Technologien mit Künstlicher Intelligenz verbindet. Gemeinsam mit regionalen Partnern wird die bestehende Infrastruktur gezielt erweitert und für innovative Anwendungen nutzbar gemacht.
Ziele
Ziel des Projekts Open KI IoT SH ist der Aufbau und Betrieb einer offenen, KI-basierten IoT-Plattform für Schleswig-Holstein. Die Plattform basiert auf der bestehenden LoRaWAN-Infrastruktur und wird gemeinsam mit regionalen Partnern weiterentwickelt. Sie richtet sich an Forschungseinrichtungen, Behörden, Unternehmen sowie private Nutzer*innen und ermöglicht die einfache Integration eigener Sensoren, die Nutzung vorhandener Daten und die Entwicklung innovativer KI-gestützter Anwendungen. Damit wird eine zukunftsfähige Grundlage für vielfältige digitale Anwendungsszenarien in Wissenschaft, Wirtschaft und öffentlicher Verwaltung geschaffen.
Innovation und Mehrwert
Das Projekt schafft die Voraussetzungen für den langfristigen, nachhaltigen und skalierbaren Aufbau eines interoperablen Systems, das sowohl im kommunalen als auch im wirtschaftlichen Kontext eingesetzt werden kann. Darüber hinaus macht die Plattform den praktischen Nutzen von IoT und KI durch Pilotprojekte und Demonstrationen unmittelbar erfahrbar. Nach Projektabschluss wird die Plattform nahtlos in den Regelbetrieb überführt und stellt damit eine tragfähige, zukunftsorientierte Lösung für zahlreiche Alltags- und Anwendungssituationen bereit.
Technische Konzeption
Die Abbildung zeigt den konzeptionellen Entwurf für die technische Umsetzung in Form eines allgemeinen Datenflusses. Auf der linken Seite befindet sich das landesweite LoRa‑Netzwerk, das flächendeckend Telemetriedaten von Sensoren (orange) über Gateways (rot/blau) an verschiedene LoRa Network Server (LNS) übermittelt. Diese LNS werden sowohl von öffentlichen Institutionen als auch von privaten Unternehmen betrieben.
Dataport stellt die Anbindung der unterschiedlichen LNS über ein Multiplexer‑Verfahren bereit. Dadurch entsteht eine zentrale Schnittstelle zwischen dem landesweiten LoRa‑Netzwerk und dem entstehenden IoT‑Hub.
Aufbau und Architektur der Plattform
Als technische Grundlage der IoT‑Plattform wurde Kubernetes gewählt. Kubernetes dient als Managementsystem für containerbasierte Anwendungen und ermöglicht den Betrieb einer Microservice‑Architektur. Durch die verteilte und redundante Ausführung der Microservices in einem Cluster wird eine hohe Ausfallsicherheit, flexible Skalierbarkeit und eine robuste Betriebsumgebung gewährleistet. In Kombination mit Terraform, einem Infrastructure‑as‑Code‑Werkzeug, kann die Infrastruktur deklarativ beschrieben und automatisiert bereitgestellt werden. Dies erhöht die Reproduzierbarkeit und erleichtert Anpassungen: Bei Änderungen oder einem Wechsel der Hardwareumgebung lässt sich die Infrastruktur mit geringem Aufwand neu aufsetzen.
Die Grundarchitektur der Plattform basiert auf ThingsBoard und ChirpStack. Ergebnisse aus Workshops, Umfragen und Analysen zeigten, dass diese bestehenden Plattformen ohne umfangreiche Eigenentwicklungen keine nutzungsfreundliche Lösung bieten. Insbesondere im Hinblick auf Usability und Barrierefreiheit erfüllt ThingsBoard nicht alle identifizierten Anforderungen. Daher wurde entschieden, ein eigenes Frontend zu entwickeln und die Anbindung über ein Backend‑for‑Frontend (BFF) umzusetzen.
Ein BFF bündelt die verschiedenen Schnittstellen der zugrunde liegenden Services und stellt eine einheitliche API für die Benutzeroberfläche bereit. Dadurch können weitere Dienste, beispielsweise KI‑Module, flexibel integriert werden, ohne dass das Frontend zusätzliche Schnittstellen ansprechen muss. Gleichzeitig können sich im Hintergrund Services ändern, ohne dass Anpassungen im Frontend erforderlich werden.
Projektpartner
Das Land Schleswig-Holstein
Förderkennzeichen: 220 25 003
