Runtime Configuration of Constrained Devices via a Shared Operating System Module

Abstract

Many applications on the Internet of Things (IoT) use parameters that need to be changed at runtime. Typical examples can be authentication credentials, the sampling rate of a measurement or an LED color. Furthermore in modern industrial spaces runtime parameters of devices are remotely changeable using plug-and-play capable protocols such as LwM2M etc. As of today, RIOT OS does not provide an API for runtime parameters. Instead, each application needs to implement custom, often redundant logic for its specific use case. A fully featured integration of external Configuration Managers such as LwM2M proves to be particularly difficult given the vast amount of drivers and devices that need to be supported and maintained for every single management tool. In this thesis we introduce a system-level configuration registry that allows for setting and getting configuration parameter values at runtime. It organizes parameters according to a standardized schema that includes type information and other metadata such as name and description fields to make them accessible to other modules such as Configuration Managers. The parameter values are optionally persisted on local storage. To change the parameters we specify a CLI and interfaces to CoAP, MQTT and LwM2M. Further-more, we discuss important API design decisions and explain why standardized, module-independent schemas for common configuration parameters are essential for the integration of external management tools such as LwM2M.

Viele Anwendungen im Internet der Dinge (IoT) verwenden Parameter, die zur Laufzeit geändert werden müssen. Typische Beispiele können Authentifizierungsdaten, die Abtastrate einer Messung oder eine LED-Farbe sein. Darüber hinaus sind in modernen Industrieumgebungen Laufzeitparameter von Geräten über Plug-and-Play-fähige Protokolle wie LwM2M usw. fernveränderbar. Gegenwärtig stellt RIOT OS keine API für Laufzeit-parameter bereit. Stattdessen muss jede Anwendung benutzerdefinierte, oft redundante Logik für ihren spezifischen Anwendungsfall implementieren. Eine voll funktionsfähige Integration externer Konfigurations-manager wie LwM2M erweist sich angesichts der enormen Menge an Treibern und Geräten, die für jedes einzelne Verwaltungstool unterstützt und gewartet werden müssen, als besonders schwierig. In dieser Arbeit wird eine Konfigurationsregistrierung auf Systemebene eingeführt, mit der man Parameterwerte zur Laufzeit setzen und abzurufen kann. Sie organisiert die Parameter nach einem standardisierten Schema, das Typinfor-mationen und andere Metadaten wie Name und Beschreibungsfelder enthält, um sie anderen Modulen wie Konfigurationsmanagern zugänglich zu machen. Die Parameterwerte werden optional im lokalen Speicher gehalten. Um die Parameter zu ändern, werden eine CLI und Schnittstellen zu CoAP, MQTT und LwM2M spezifiziert. Darüber hinaus werden in dieser Arbeit wichtige Entscheidungen zum API-Design diskutiert und erläutert, warum standardisierte, modulunabhängige Schemata für gemeinsame Konfigurationsparameter für die Integration von externen Management-Tools wie LwM2M notwendig sind.