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IoTrust Architecture

The IoTrust framework is designed by keeping security and innovation at the core. It consists of 7 main components as shown in the figure above. Each components is developed to handle specific set of tasks in the framework. The fundamental features of IoTrust project are secure bootstrapping, over the air firmware update and trust monitoring. All other services are built around these features. The IoTrust components are following.

End-Device

It is a small form-factor hardware which sits on the edge of an IoT network. It consists of microcontroller, memory, input/output peripherals, communication modules etc. In the IoTrust architecture, an End-Device will be used to collect, format, and send sensor data to a server. The End-Device shall incorporate at least a LoRaWAN capable module to guarantee a set networking of features.

Gateway

A Gateway provides last-mile LoRaWAN radio access to the end-devices. It is an edge component at the end of the LoRaWAN network infrastructure. A gateway is a multi-channel high performance LoRa transceiver module that can receive, process, and send several LoRa packets simultaneously using different spreading factors on various channels. Communications’ security is provided through the LoRaWAN message encryption, as defined by the protocol specification. This scheme is employed in communications to and from the End-Device and the Network Server.

Network Server

The Network Server is part of the LoRaWAN back-end infrastructure. It represents the central hub of all communications from and to LoRaWAN end-devices. It aims to hide the Physical (PHY) and Medium Access Control (MAC) layer details of the LoRaWAN protocol to the components that need to communicate with end-devices. The Network Server will manage all the low-level details to guarantee secure and reliable delivery of messages to and from the LoRaWAN infrastructure.

IoT Controller

The IoT Controller plays the role of authenticator in the Authentication, Authorisation, and Accounting (AAA) architecture. The End-devices perform the bootstrapping process. This process includes an authentication and key agreement stage. Once the device successfully authenticates itself, session keys are shared with the device in order to securely perform the regular operation tasks.

Authentication Server

The AAA architecture has been proposed by standardisation organisation, such as IETF, to provide a scalable solution to security management tasks in heterogeneous IoT ecosystems, especially those employing long-range wide-area networks. The authentication server employs EAP, a flexible solution that supports several methods, with various degrees of performance
requirements for each End-Device.

IoT Agent

The IoT Agent is a MQTT client which subscribes to the topics exposed by the MQTT broker running in the Network Server. At the heart of MQTT are the MQTT broker and clients. The data sent by the end-devices is received by the Network Server over LoRaWAN, which is in turn dispatched using MQTT messages. Each message is posted in a device-specific application reception topic. IoT Agent forwards the device metadata and sensor data to the asvin platform. It does it over HTTPs using REST API end-points. The IoT Agent acts as a bridge between the Network Server and the asvin Platform

asvin Platform

It is a Platform as a Service (PaaS) to facilitate over the air security patches for IoT devices using novel decentralized and distributed technologies. The asvin Platform provides a complete solution for device, security patches and rollout management. It is comprised of 4 components.

  1. IPFS
  2. Blockchain
  3. Customer Platform
  4. Version Controller

Innovations of the IoTrust

The IoTrust project will achieve its objectives by designing, developing and integrating a novel bootstrapping protocol, peer to peer distributed storage protocol, distributed ledger technology and inventive trust monitoring algorithm. The main innovations of the IoTrust are following.

  1. Secure Bootstrapping of LO-CoAP-EAP built with Internet standards for secure setup of IoT devices.
  2. Trust Monitoring: Human-centric trust report of IoT devices to simplify the maintenance decisions making of inexpert end-users for achieving cost effective and sustainable IoT infrastructure.
  3. Decentralized Peer-to-Peer Reprogramming: High resilience against DDoS attacks by decentralized distribution of encrypted firmware, configurations and patches based on peer-to-peer IPFS networks.
  4. Trusted layer for IoT Networks: DTL-based privacy-enhanced storage and IDs management to identify IoT devices and calculate their trust scores.

The core technologies used in the IoTrust are following.

Low-Overhead CoAP-EAP

It integrates the use of Authentication, Authorization and Accounting (AAA) infrastructure, the Extensible Authentication Protocol (EAP) Constrained and Constrained Application Protocol (CoAP).

IPFS

Interplanetary File System (IPFS) is distributed system for storing and accessing files. It will be utilized to store firmware files and security patches of IoT devices.

Hyperledger Besu

Device and firmware metadata information will be stored in a distributed ledger. Hyperledger Besu will be utilized for this task. It is an open-source Ethereum client developed under Linux Foundation.

LoRaWAN

It is Low Power Wide Area (LPWA) networking protocol designed to wirelessly connect battery operated devices. The end devices in the IoTrust framework will communicate using LoRaWAN protocol.

Stuttgart LoRaWAN: The Things Network for Smart Cities

Awesome! With in 8 days The Things Network reached it goal on Kickstarter. We are glad to bring this LoRaWAN initiative to Stuttgart.

Stuttgart - digital worx

LoRa is a Low Power Wide Area Network intended for wireless battery operated Things (e.G. Sensors) in regional, national or global network. LoRaWAN target key requirements of internet of things such as secure bi-directional communication, mobility and localization services.

The Things Network - Stuttgart - digital worxThe Things Network initiative will bring a low cost implementation of LoRaWAN Gateways to more that 50 Cities worldwide.

Together with bridging IT the team of digital worx will roll out loRaWAN in Stuttgart to become the town a Smart City of the worldwide The Things Network.

Smart City Stuttgart kommt!

Was in Amsterdam innerhalb weniger Tage klappte, sollte in Stuttgart doch auch problemlos möglich sein €“ das dachten wir uns von digital worx und bringen €žThe Things Network€œ zusammen mit bridging IT nach Deutschland.

Stuttgart - digital worx

digital worx bringt das The Things Network nach Stuttgart

Stuttgart ist die erste deutsche Stadt, die das unabhängige, freie und nur per Crowdfunding finanzierte Internet-of-Things-Netzwerk aufbaut.

Das Netzwerk macht sich eine neue kabellose Open-data-Verbindung namens LoRaWAN (Long Range Wide-area network) zunutze: Sie zeichnet sich durch einen niedrigen Energieverbrauch, eine geringe Bandbreite und einen Radius aus, der locker 10 km umfasst. Ein Anbieter ist nicht notwendig, die Verbindung funktioniert ohne 3G, WiFi oder Bluetooth.

Von Amsterdam aus erobert The Things Network die ganze Welt: Innerhalb kürzester Zeit reagierte die Internet-of-Things-Gemeinde auf den Impuls. Gruppen und Unternehmen aus São Paulo, London, Paris, Sydney, Boston oder Manchester schlossen sich an €“ und eben auch als erste Stadt in Deutschland nun Stuttgart. Sie begannen, eigene LoRaWAN-Projekte ins Leben zu rufen, die auf der The-Things-Network-Technologie basieren.

€žWir bauen gemeinsam das größte weltumspannende Netzwerk, um Gegenstände und Dinge mit dem Internet zu verbinden. Das Ganze im Geist echter Internet-Pioniere: frei zugänglich und auf Basis von Open-Source-Software. Es ist wunderbar, dass wir gemeinsam mit unserem Partner Bridging IT das The Things Network nach Stuttgart bringen können€œ ,so Mirko Ross, Geschäftsführer von digital worx.

Die große Resonanz war für die Initiatoren, Wienke Giezeman und Johan Stokking aus Amsterdam, der endgültige Beweis, dass ein offenes, weltumspannendes und per Crowdfunding finanziertes Internet-of-Things-Netzwerk möglich ist €“ und das innerhalb kürzester Zeit.

Knappe drei Wochen vor Ende der Crowdfunding-Initiative bei Kickstarter hat das The Things Network das anvisierte Finanzierungsziel von 150.000 Euro erreicht €“ innerhalb der ersten 24 Stunden war die Hälft der angepeilten Summe bereits zusammengekommen. Schon jetzt hat das Netzwerk über 500 Unterstützer und zählt zu den erfolgreichsten Kickstarter-Kampagnen.

€žDer Einstieg in The Things Network ist für begeisterte Selbstbauer schon unter 200 Euro möglich. Benötigt wird ein kleiner Arduino-Rechner und eine LoraWan-Funkkarte. Durch Kickstarter wird es möglich, die Hardware in Zukunft zu einem Viertel dieses Preises und für den Betrieb fertig konfiguriert zu erwerben€œ, so Ross.

Soft- wie auch Hardware des Netzwerks folgen dem Open-Source-Prinzip. Die über Kickstarter finanzierte Hardware soll ab Juli 2016 erhältlich sein.

The Things Network - Stuttgart - digital worxHierbei werden Lösungen zu erschwinglichen Preisen zwischen 60 und 200 Euro entwickelt, wie zum Beispiel The Things Gateway: Der Router mit einer Reichweite von rund 10 km ist recht kompakt und sehr einfach und ohne Tüftlerkenntnisse zu installieren.

Er kann bis zu 10.000 Knotenpunkte bedienen und ist wie alle Hardware-Komponenten auf Sicherheit ausgelegt: LoRaWAN verwendet eine 128-bit-AES-Verschlüsselung auf beiden Seiten. Die Netzwerkschlüssel sind zudem einzigartig pro Knotenpunkt.

Die Einsatzmöglichkeiten für das The Things Network sind breit gefächert, von der smarten Türklingel über das Sicherheitssystem bis hin zu anderen praktischen Alltagshelfern.

Bisher bereits umgesetzte Projekte sind zum Beispiel: Der Tracker für das Fahrrad €“ das Device wird einfach am Fahrrad befestigt, per App lässt sich der Standort überprüfen oder zum Beispiel ein Alarm einstellen, sollte das Rad bewegt werden. Innovativ ist auch die Umsetzung im Tierschutz: Meist haben Anti-Wilderer-Einheiten in Simbabwe keine Möglichkeit, einander sofort und effektiv über Vorfälle zu informieren. Mittels einer informativen Online-Karte können wichtige Informationen sofort markiert werden, die einzelnen Teams können schneller eingreifen und im Nachgang lassen sich Muster der Wilderer analysieren.

Weitere Informationen gibt es hier:
http://thethingsnetwork.org/c/stuttgart

Die Crowdfunding-Aktion läuft noch bis 20. November bei Kickstarter: