Definition Was ist OMA LWM2M?

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Stefan Luber / Nico Litzel

OMA LWM2M steht für das Open-Source-Protokoll Lightweight M2M der Open Mobile Alliance. Es ist ein Gerätemanagementprotokoll für Machine-to-Machine-Umgebungen und Sensornetzwerke. Das Protokoll basiert auf dem Client-Server-Prinzip und ist speziell für Geräte mit geringer Rechenleistung und geringem Energiebedarf konzipiert. Neben der Remote-Konfiguration unterstützt das Protokoll die Geräteüberwachung und Firmwareupdates.

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Die Abkürzung OMA LWM2M bedeutet Open Mobile Alliance Lightweight M2M. Es handelt sich um ein Open-Source-Protokoll, das für das Gerätemanagement in Machine-to-Machine-Umgebungen (M2M) und dem Internet der Dinge (IoT) vorgesehen ist. Spezifiziert wurde das Protokoll von der Open Mobile Alliance als Nachfolger des OMA Device Managements (DM). LWM2M basiert auf dem Client-Server-Prinzip und definiert das Protokoll und die Schnittstellen für die Kommunikation zwischen einem LWM2M-Server und den LWM2M-Clients über Netzwerke wie das Internet.

Unterstützte Funktionen des Protokolls sind die Geräteerkennung, das Gerätemanagement, die Geräteüberwachung, das Bootstrapping und Firmware-Updates. Als Basis für den Informationsaustausch dient das Constrained Application Protocol (CoAP). Mittlerweile werden auch andere Transportprotokolle unterstützt. OMA LWM2M eignet sich für Geräte mit geringer Rechenleistung und geringem Energiebedarf wie Sensoren. Im Machine-to-Machine-Umfeld hat sich LWM2M zu einem Standardprotokoll entwickelt. Das Datenmodell ist flexibel und lässt sich für zahlreiche Use Cases anpassen.

LWM2M wird für Anwendungen eingesetzt wie Telekommunikationsnetze, Sensornetzwerke, Logistik, Smart Cities, Landwirtschaft, Fahrzeuge, Sicherheitstechnik, Telemedizin, Robotik, Produktionsprozesse der Industrie 4.0 und vieles mehr. Die erste Version OMA LWM2M 1.0 erschien im Jahr 2017. Die aktuelle Version OMA LWM2M 1.2 stammt aus dem Jahr 2020.

Motivation für Open Mobile Alliance Lightweight M2M

Die Zahl an vernetzten Geräten in M2M-Umgebungen und im Internet der Dinge hat in den vergangenen Jahren kontinuierlich zugenommen. In diesen Umgebungen besteht für eine möglichst einfache Inbetriebnahme, Remote-Konfigurationen, Überwachung, Software-Updates und Vernetzung der Geräte ein starker Bedarf an interoperablen Standards. Standards sollen berücksichtigen, dass viele der Geräte wie beispielsweise Sensoren eine nur geringe Rechenleistung besitzen und effizient mit der zur Verfügung stehenden elektrischen Energie umgehen müssen. Aus diesem Bedürfnis heraus wurde das Open-Source-Protokoll OMA LWM2M entwickelt. Es definiert einheitliche Schnittstellen und Protokolle und standardisiert die Verwaltung der Geräte. LWM2M eignet sich für Niedrigenergiegeräte mit Stromversorgung über Batterien oder Akkus und kommt mit geringen Netzwerkbandbreiten aus.

Grundprinzip, Datenmodell und Interfaces von OMA LWM2M

OMA LWM2M basiert auf dem Client-Server-Prinzip. Es sind folgende drei Grundkomponenten definiert:

  • der LWM2M-Client
  • der LWM2M-Bootstrap-Server
  • der LWM2M-Server

Bei den LWM2M-Clients handelt es sich um die eigentlichen Endgeräte wie Sensoren, die über einen eindeutigen Endpoint-Client-Namen identifizierbar sind. Den LWM2M-Bootstrap-Server kontaktieren die Clients beim ersten Bootvorgang. Er dient zur Initialisierung des Datenmodells und ermöglicht nach dem initialen Bootvorgang Verbindungen zum LWM2M-Server. Aufgabe des LWM2M-Servers ist es, die Verbindungen zu den Clients zu halten und Informationen von den Endgeräten zu lesen, Informationen in die Endgeräte zu schreiben und diese zu überwachen. Die ausgetauschten Daten sind im Constrained Application Protocol verpackt. CoAP hat einen geringen Overhead und nutzt in IP-Netzen auf der Transportebene unter anderem das User Datagram Protocol (UDP).

Für den Informationsaustausch zwischen dem LWM2M-Client und dem LWM2M-Server kommt ein standardisiertes Datenmodell zum Einsatz, das die Konfigurations- und Informationsmöglichkeiten repräsentiert. Das Datenmodell ist hierarchisch organisiert und besitzt die drei Ebenen Objekt, Objekt-Instanz und Ressource. Für jedes Objekt sind numerische Identifier vorgesehen, die zu einem eindeutigen Pfad einer CoAP-URL kombiniert werden.

Neben dem Datenmodell definiert OMA LWM2M die Schnittstellen. Es sind folgende vier Schnittstellen vorgesehen:

  • Bootstrap-Schnittstelle
  • Registration-Schnittstelle
  • Device-Management- und Service-Enablement-Schnittstelle
  • Information-Reporting-Schnittstelle

Über die Bootstrap-Schnittstelle erhält ein Client vom Bootstrap-Server seine initiale Konfiguration wie das Datenmodell und den zuständigen LWM2M-Server. Dank der Bootstrap-Schnittstelle ist eine Vorkonfiguration der in Betrieb zu nehmenden Client-Geräte überflüssig. Die Registration-Schnittstelle ist dafür vorgesehen, dass der Client den Server über seine Existenz und seine verfügbaren Funktionalitäten informiert und sich beim Server registriert. Diese Schnittstelle wird auch für Firmware- und Software-Updates verwendet. Über die Device-Management- und Service-Enablement-Schnittstelle ist das eigentliche Gerätemanagement realisiert. Die Information-Reporting-Schnittstelle stellt eine Art Erweiterung der Device-Management- und Service-Enablement-Schnittstelle dar. Sie gestattet dem Server den automatischen, regelmäßigen Empfang bestimmter Informationen des Datenmodells wie Gerätestatus oder Fehlermeldungen.

Vorteile von Open Mobile Alliance Lightweight M2M

  • eignet sich für Niedrigenergiegeräte mit geringer Rechenleistung und Netzwerkverbindungen mit niedriger Bandbreite
  • standardisiert das Gerätemanagement in M2M-Umgebungen und im Internet der Dinge
  • besitzt ein flexibles Datenmodell
  • erleichtert die Inbetriebnahme von Geräten, da keine Vorkonfiguration stattfinden muss (Plug-and-play-Installation)
  • gestattet Software- und Firmwareupdates aus der Ferne
  • sorgt für einen sicheren Datenaustausch und unterstützt die Verschlüsselung per DTLS (Datagram Transport Layer Security)
  • ist für viele Netzwerke und Transportprotokolle geeignet
  • ist herstellerunabhängig einsetzbar, skalierbar und flexibel

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