Ohjelmoitava maailma – SDx-tuotekehitysympäristö pilvipalvelin-, SDN/NFV- ja IoT-teknologioin

Abstract

Insinöörityön tavoitteena oli toteuttaa startup-projekti, jossa kehitetään ja otetaan käyttöön SDx-tuotekehitysalustan ensimmäinen versio. Alusta mahdollistaa sellaisten digitalisaatio 2.0 -palvelujen kehittämisen, jotka liittyvät muun muassa SmartCity-, SmartEnergy- ja SmartTrasport-palveluihin. Alustan etuihin kuuluu, että se on avoin ja omassa hallinnassa sekä laitetoimittajista riippumaton.

Työssä tutkittiin digitalisaatio 2.0:n mahdollistavia SDx- eli pilvipalvelin-, SDN/NFV- ja IoT-teknologioita. Työssä tutkittiin teknologioiden kypsyysastetta ja markkinanäkymää sekä valittiin tuotekehityspolku tuoteperheiden rakentamiseksi. Tutkimus tehtiin kirjallisuuslähteisiin ja Princetonin yliopiston SDN/NFV-verkkokurssimateriaaliin nojautuen. Valintaperusteina olivat pienet investointi- ja käyttökulut (CAPEX/OPEX), avoimien ohjelmistojen hyödyntäminen, maailmanlaajuisesti skaalautuva ja modulaarinen tuotteistaminen eri alustoille, kuten mobiililaite-, PC-, palvelin- ja pilvialustoille sekä nopea tuotekehityssykli.

Insinöörityössä päädyttiin kriteereiden pohjalta valitsemaan OpenStack-pilvipalvelimeen pohjautuva FIWARE-alusta ja sen ympärille muodostunut avoin ekosysteemi. FIWARE-alusta on Euroopan unionin osarahoittama ja yhteistyöyritysten ylläpitämä. FIWAREn SmartCity IoT -alustaa parannettiin laajentamalla sitä niin sanotulla Fog- eli sumuverkolla, joka ulottuu Espanjan Madridista Suomen pääkaupunkiseudun NEBULA OpenStack -pilveen asti. Sen jälkeen rakennettiin Espooseen SDx-laboratorioympäristö ja lisättiin SDN-kytkin ja NFV ”middlebox” -tuotekehitysympäristöt sekä IoT-gateway- ja sensorilaitteistot. SDx-laboratorioympäristön SDN-kytkimeksi valittiin ONOS-verkonhallintaohjelmisto ja Open vSwitch -kytkin, koska se tukee hyvin operaattoreiden ajatusmallia ja mahdollistaa kehittyneimmän SDN/NFV-tietoliikenneverkkoarkkitehtuurin. NFV ”middlebox” -tuotekehitysympäristöksi valittiin PC-ympäristössä toimiva Princetonin yliopiston SDN/NFV-verkkokurssiympäristö, jonka konfigurointi tehtiin Vagrant-ohjelmistolla. IoT-laitteistoina käytettiin Raspberry Pi- ja Arduino-kehityskittejä. Ohjelmistoina niissä käytettiin muun muassa Adafruit IoT -ohjelmistoja. Työssä päästiin tavoitteeseen: siinä tutkittiin, valittiin, suunniteltiin ja toteutettiin SDx-tuotekehitysalusta. Alustan jatkokehitys tehdään vuonna 2017 perustettavassa startup-yrityksessä.

The aim of this study was to implement a start-up project in which the first version an SDx development platform was developed and deployed. The platform allows the development of digitalization 2.0 services-, relating to SmartCity, SmartEnergy and SmartTrasport services. The advantages of the platform are that it is open and in users own control and also independent of device suppliers.

Digitalization 2.0, which enables the SDx, such as cloud computing, SDN/NFV and IoT technologies were studied in the project as well. The degree of maturity and the market view of the technologies were studied, and the development path was chosen to build product families. The study was based on the literature sources and the Princeton University SDN/NFV online course material. The selection criteria were low investment and operating costs (CAPEX/OPEX), use of open source software, globally scalable and modular products for different platforms, such as mobile device, PC, server and cloud platforms, and rapid product development cycle.

On the basis of criteria, it was decided to choose the FIWARE platform which is based on the OpenStack cloud server-, and an open ecosystem formed around FIWARE. The platform is co-funded by the European Union, and maintained by the partner companies. The FIWARE SmartCity IoT platform was improved by extending it by the Fog network which reaches from Madrid, Spain, to the NEBULA OpenStack cloud in the metropolitan area of Finland. After that SDx laboratory environment was built in Espoo, Finland, and SDN switch and NFV middlebox development environments and also IoT-gateway and sensor devices were added to SDx laboratory. The ONOS network management software with Open vSwitch was chosen for the SDN switch in the SDx laboratory environment-, because it supports well operators’ way of thinking and allows the most advanced SDN/NFV telecommunication network architecture. The Princeton University SDN/NFV online course environment with configuration of the Vagrant software which works in PC environment was chosen for the development environment of the NFV middlebox. The Raspberry Pi and Arduino development kits were used as IoT devices. The Adafruit IoT software programs were used. In this study the targets were achieved. In the project, the SDx development platform was studied, selected, developed and implemented. Further development of the platform will take place in 2017 when a start-up company is established.