Framework RAD.web Vorstellung des Frameworks - Rapid Application Development for web services - db::solutions
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Framework RAD.web®
Vorstellung des Frameworks
Rapid Application Development for web services
db::solutions
Dirk Brinkmeier
db::solutions
Das Framework RAD.web® – Die universelle IoT Plattform
• Eine Softwarelösung auf Basis modernster und freier Internettechnologien
• Eine Grundlage für die Vernetzung und die Verteilung von Prozessdaten zwischen
verschiedenen Maschinen oder Funktionsbaugruppen in einer verteilten
Produktionsumgebung
• Eine kompakte Lösung für die Automatisierung, der Prozessleittechnik (SCADA) und der
Visualisierung (HMI) von Daten
• Erweiterung der Leistungsgrenzen der bisherigen Implementierung
• Ergänzung des Funktionsumfangs um moderne Kommunikations-Schnittstellen auf Basis
aktueller Internettechnologien
• Einfache Erstellung von Progressive Web Applikationen für native und effektive
Benutzerschnittstellen (z.B. HMI, etc.) ohne Abhängigkeiten zu Front-End-Frameworks (Vue,
React, Angular, …)
• Keine fortlaufenden Migrationsaufwände an aktuelle Versionen von Front-End-Frameworks
• Native JavaScript Component Library mit direkter Integration in die Applikation unter
Nutzung von aktuellen HTML Standards
• Einfache Migration bestehender Web-Applikationen oder Einbindung bestehender Applets
oder Web-Assemblies
• Alternative um die die Kette der Abhängigkeiten eines Windows Ökosystems zu vermeiden
• Eine Lösung ohne Lizenzkosten und ohne klassische Serverumgebung
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Grundgedanken bei der Auslegung des Framework
• Kapselung aller Betriebssystemabhängigkeiten auf möglichst hoher Abstraktionsebene
• Nutzung definierter Schnittstellen zur Anwendungsschicht über dedizierte
Ereignismethoden
• Hohe Konfigurierbarkeit des Verhaltens der Basisapplikation, d.h. Auswahl der aktiven
Module des Frameworks, Skalierung der Module, etc.
• Implementierung flexibler Verwaltungsklassen für immer wieder kehrende Aufgaben
(Logging, Timer, Tasks, Threads, etc.)
• Leistungsfähiges Webserverbackend das sich über einfach anzuwendende APIs an den
Anwendungsfall der Applikation anpassen lässt
• Unterstützung moderner Kommunikationsstandards (TCP/IP, SSL, HTML5, REST, JSON,
MQTT, etc.)
• WebSocket-Implementierung für Synchronisation des Frontends in Echtzeit
• Vollständige CGI-Unterstützung zur Einbindung von PHP, Perl, Python und Bash-
Skripten (z.B. Python-KI-Module)
• Und noch vieles mehr….
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Fullstack – Die RAD.web® Architektur
SPA „Single Page Applikation“ Architektur • SPA angelehnte Architektur (aber nicht
Client
darauf fixiert)
• Native Browserunterstützung bzw. Browser
REST JS jQuery HTML5 CSS WebSockets unabhängig
• Keine Browser-Plugins bzw. spezielle
Features notwendig
• Standard HTML Code, keine proprietären
HTML Web-Komponenten-Klassenframework HTML Tags
•
Server
Progressive Web Applikation u.a. über
JSON-Manifest Datei
RAD.web® Server-Plattform • Einfache Integration in bestehende
Lösungen
Responsive App-Look-and-Feel
über alle Plattformen
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Infrastruktur – Einfache Integration ohne Abhängikeiten
Microsoft Hyper-V oder VMWare Hostsystem
Windows Server VM 1 Windows Server VM 2..n Linux-Server VM Docker VM
Datenbankserver Windows Anwendungen Framework RAD.web® MQTT Message-Broker
MSSQL, Oracle, … Windows Services HTTP/REST/MQTT/WS …
Intranet Internet
Maschinennetz HMI Cloudanbindung
Maschine 1..n Maschine 1..n Officeanwendungen Predictive Maintenance
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Orchestrierung – Intranet, Internet, RAD.web® und MQTT
Intranet Internet
Framework RAD.web® Message-Broker Cloud-Anbindung
Zentrale Funktionen Informationsverwaltung IoT Datenpool
„Businesslogik“ „Event-Manager“ „Digitaler Zwilling“
MQTT MQTT
HTTP/REST
MQTT
WebSockets
HMI / Maschinen / Applikationen / Bedienoberflächen Protokoll nach Verwendungszweck
etc. Kein klassisches Datenbusmodell
Industrial IT
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Prozesskommunikation in Echtzeit – Multithreading
Topic 1 MQTT Prozessdaten
MQTT Client
Message-Broker Visualisierung und HMI
Topic 2 „Eclipse Mosquitto“ Applikationen
MQTT MQTT Cloud-Anbindung
Topic 3
Predictive Maintenance
Topic n MQTT …
Im Framework parallelisiert, im Broker
serialisiert, d.h. nicht deterministisch aber
Framework zugesicherte Übertragung
RAD.web®
Webrequest 1 HTTP/REST/WebSockets
Webserver
Im Framework parallelisiert und durch
Webrequest 2
direkte Kommunikation voll Echtzeitfähig
Webrequest 3
HTTP/REST/WebSocket
Webrequest n
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RAD.web® Serviceprovider – Webrequest vs. RPC
Client
Webrequest mit URI-Parametern
Beispiel http://…/request.html?prepare=yes&filter=test&domain=All&type=All
RAD.web® bietet
als RPC Serviceprovider
RAD.web® Serviceprovider
Funktionalität wie gRPC
oder WCF, …
Server
Registrierter Eventmethodenaufruf
Beispiel: „RPC-Referenz“ request.html
Anmerkung: gRPC nutzt HTTP/2 und
WCF basiert auf HTTP/1.1 bzw. SOAP 1.1
als Transport-Protokoll
Programmcode / Aktion
Beispiel: „RPC-Methode“ void TModul::getResponse(…) {};
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WebSockets – Das universelle Message System
Browser 1
Transparente Anbindung im RAD.web®
Austausch von Telegrammen
Broadcast (an alle Clients)
mit Inhalten im JSON Format
WebSockets ws: und wss: über TCP/IP
Browser 2 über Eventmethoden
Browser X
Framework
RAD.web®
Bidirektional (Request/Response Modell)
Browser
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Anwendungsfall – Kommunikation im Produktionsumfeld
HMI 1 HMI 2 HMI 3 Cloud-Anbindung
Keine Datenbankzugriffe
Kapselung der Schnittstellen
HTTP/REST HTTP/REST
über RESTful APIs und MQTT
MQTT
WebSockets WebSockets
Framework RAD.web® Message-Broker
MQTT
HTTP/REST ¹ HTTP/REST ¹ MQTT MQTT
Maschine A Maschine B Applikation A Applikation B Applikation C
¹) Beckhoff® ADS in Arbeit, Siemens® MPI/DP in Vorbereitung
Dirk Brinkmeier Digitale Geschäftsmodelle im Maschinenbau 04.10.2020 10db::solutions
Basiskomponenten des Frameworks – Teil 1
Webserver Systemobjekte
▪ Hochgradig skalierbarer und leistungsfähiger Webserver ▪ Einfache Verwaltung von Threads
▪ Leistungsfähige Web-Session („View-State“) Verwaltung auch unter ▪ Timer und Timeoutverwaltungsklassen
Hochlastbedingungen implementiert über Eventmethoden
▪ WebSocket-Unterstützung inkl. Client-Library (Reconnect, etc.) ▪ Basisklassen für zyklische
▪ Unterstützung von CGI-Anwendungen (PHP, Perl, Python, Bash) Taskbearbeitungen
▪ Frei programmierbare und bidirektionale JSON- und REST-APIs (GET/POST) ▪ Universelle
▪ Direkte Datenversorgung von Tabellenansichten aus JSON-APIs Dateiverarbeitungsmethoden
▪ Verarbeiten von AJAX-Postbacks über Events in der Applikation ▪ Frei konfigurierbare und performante
▪ Grafische HTML Komponenten werden direkt aus der Applikation generiert Logging-Klasse
▪ Dynamische Erzeugung von HTML Content aus Eventmethoden
Datenbanken
Konvertierungsklassen
▪ Native und hochgradig performante
▪ Base36, Base64 und URL Kodierungs- und Dekodierungsmethoden Anbindung an PostgreSQL Server
▪ Native und schnelle UTF-8, UTF-16, Widestring und Multibyte ▪ Nutzung von lokalen SQLite3 Datenbanken
Konvertierungsmethoden ▪ Universelle Anbindung verschiedener
▪ Hoch performante Codepageconvertierungsmethoden Datenbanktypen
▪ Transparentes ARM/I86 Endian Handling ▪ Mächtige Variantenklasse
▪ Parser für HTML- und JSON-Daten ▪ Einfach zu nutzende Table-, Header- und
Rowset-Klassen
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Basiskomponenten des Frameworks – Teil 2
Formatierung Internet-Hilfsklassen
▪ Basis für die Lokalisierung der Applikation ▪ FTP und HTTP(S) bzw. JSON Daten- und
▪ Generische Datumsformatverwaltung optimiert für Internetformate Dateitransfer
▪ MD5, SHA256, SHA512 Hashmethoden ▪ Datenkompression mit GZIP Unterstützung
▪ Auf OpenSSL aufsetzendes Kryptografiemodul ▪ Umfangreiche HTML und JavaScript Bibliothek
▪ MQTT-Client mit sehr einfach anzuwendender
Programmierschnittstelle
Systemeinbindung
▪ Ausgelagerte Prozesse mit Überwachung
auf Zeitüberschreitung starten Bildverarbeitung
▪ Einfache Einbindung von Bash, Python
oder Perl Scripts ▪ Bildverarbeitung von JPEG und PNG Dateien
▪ TCP/IP-Socket-Verwaltungsklassen, inkl. ▪ Skalierung und Modifikation von Kontrast, Helligkeit und Farbsättigung
TLS Unterstützung ▪ Dynamisch gerenderte Bilddaten über Zeichenroutinen
▪ Hot-Plug- bzw. Plug-and-Play-
Überwachungsklassen
▪ Verwendung von GPIO Pins (z.B. RASPI, Sonstiges
NVIDIA Jetson) ▪ Benutzerkontensteuerung bzw. Mandantenverwaltung
▪ Rekursives GNU Buildsystem auf Autotools Basis
▪ Fourier-Datenanalyse
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Schichtenmodell des Frameworks
Betriebssystemschicht (Ubuntu/Debian/SuSE/…)
RAD.web® Basisapplikation als Linux-Dämon
Logging Timer Timeouts GPIO/RS232 Sockets Threads Sessions
Webserver System-DB Applikations-DB MQTT
(Multithreaded) SQLite3 (Benutzer, etc.) PostgreSQL Client
APIs und Events
Applikationsschicht
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API des Webservers zur Applikation
Webserverinstanz Prepared Web-Request (Multi-Threading-Model vs. Node.js Single-Thread)
application.addWebPrepareHandler(&app::TExample::prepareWebRequest, this);
POST-Datenverarbeitung von AJAXed Requests
application.addWebAction("OnButtonClick", &app::TExample::onButtonClick, this, WAM_SYNC);
Virtuelle URLs und RESTful APIs
application.addWebLink("config.json", &app::TExample::getExampleConfig, this, true);
Web API Datenempfang
application.addWebData("reordered.json", &app::TExample::setReorderedData, this, WAM_ASYNC);
Virtuelle Verzeichnisse
application.addWebLink("thumbnails/", &app::TExample::getBitmap, this, false);
Dynamischer Content
application.addWebToken("MSG_APPLICATION_LOG", "-");
Gerenderte HTML Komponenten direkt aus den Quelltext der Applikation
Hautmenü, Kontextmnü, Buttons, Dropdowns, etc.
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Applikation & Basisframework
• Instanziieren der Applikationsmodule
• Initialisieren der Basisapplikation
• Kontrolliertes Ausführen der Applikationsmodule
durch das Basisframework
• Kontrolliertes Beenden aller Module und zurück
rollen aller offenen Ressourcen in Verwaltung durch
das Basisframework
Das Framework
verwaltet alle Ressourcen der
Applikation
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Modulverwaltung und Ressourcemanagement
Application Modul 1 int TModule::prepare();
Instanzierung von Objekten, Initialisierung von Variablen, … Sequentieller Aufruf
über die Applikation
int TModule::execute();
Aktiver Modulcode
void TModule::unprepare();
Ausführen von „Last will and testament“ Aktionen
Umgekehrte Reihen-
folge beim Aufräumen
void TModule::cleanup();
Bereinigung von Ressourcen, warten auf Beendigung asynchroner Aktionen
Modul 2 int TModule::prepare();
Modul 3 Instanzierung von Objekten, Initialisierung von Variablen, …
Modul 4
Modul n …
Basisklasse
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Konfiguration des Frameworks Webserverinstanz
[AppWebServer]
Basiseinstellungen Enabled = yes
[Global]
Codebeispiel UseHttps = no
Port = 8099
RunOnce = yes DocumentRoot = /mnt/DBHOMESRV/lost+found/wwwroot/
RunAsUser = dirk UploadFolder = /home/dirk/upload/
LoggingFolder = /var/log/dbApps/base/ AllowedFromIP = 0.0.0.0;127.0.0.1;::1;fd66:1967:0:1;192.168.200;192.168.201
DataFolder = /usr/local/dbApps/ RestfulAPIRoot = /rest/
Description = Reference Music Player DisableVfsGZip = no
PIDFile = /tmp/base.pid VfsDataDeleteDelay = 1000
TempFolder = /tmp/ IndexPage = index.html;index.htm;home.html;home.htm
UseTerminalInput = no CertFile = /etc/dbApps/base/certs/server.crt
CyclicFlushDelay = 30000 KeyFile = /etc/dbApps/base/certs/server.key
Locale = en_US.UTF-8 DiffieHellmanFile = /etc/dbApps/base/certs/dh.pem
UseTempDirAsPwd = no TLSCipherPriority = NORMAL:-MD5:-VERS-SSL3.0:+VERS-TLS1.1:+VERS-TLS1.0
NiceLevel = 0 TokenDelimiter = [[X]]
Affinity = -1 SessionDeleteAge = 180000
UseDongle = yes RequestDeleteAge = 30000
DisableSwappiness = yes ClientRefreshInterval = 5
HeapDeallocateDelay = 0 JavaScriptRefreshTimer = 2000
Handles = 8192 Credentials = admin:12345:3
AuthRealm = dbApplications (c) 2015
[MimeTypes] SessionLogonExpired = 0
SystemMimeTypeFile = /etc/mime.types GreeterURL = /signin.html
EnableCaching = yes
[GPIO] MinimizeHTML = no
Enabled = no VerbosityLevel = 1
Filesystem = /sys/class/gpio/ Debug = no
AllowManifestFiles = true
[Webserver] Multithreading = yes
Enabled = yes SessionStore = /usr/local/dbApps/sessions/
DigestAlgorithm = MD5
[Sockets]
Enabled = yes Konfigurationsdateien MaxSessionCount = 512
[Homepage]
[Database] Reference = AppWebServer
UseDefaultDatabase = yes Directory = /home/dirk/www/
DefaultDatabaseName = application Alias = /home/
DefaultDatabaseType = PGSQL Redirect =
Enabled = yes
[Internet] ExecCGI = no
UseMQTTClient = yes ScaleJPG = 0
MQTTConnectionName = application UseExif = no
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Loggingklasse des Frameworks
Konfiguration
• Threadsafe
• Einfache Konfiguration von Dateigröße, Backup und
Aufräumen veralteter Logdateien
• Konfigurierbarer Cache für hohe Performance
• Direkter Zugriff auf FIFO der letzten Logeinträge
• Alle Exceptions werden vom Framework abgefangen und in
separater Logdatei protokolliert
Inhalt einer Logdatei Verzeichnis
Dirk Brinkmeier Framework RAD.web® 04.10.2020 18db::solutions HTML Komponenten aus der Applikation Dirk Brinkmeier Framework RAD.web® 04.10.2020 19
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Mandanten und Rollenverwaltung
• Rollen (z.B. User/Advanced/Administrator)
können Benutzern zugeordnet werden
• Passwörter werden direkt gehasht und nicht im
Klartext gespeichert
• Zuordnung auf grafische Elemente wie
Hauptmenü oder Kontextmenü werden direkt im
Quelltext festgelegt
Dirk Brinkmeier Framework RAD.web® 04.10.2020 20db::solutions
Grafische Komponenten – HTML und JavaScript
• Modale Dialoge über standardisierte JavaScript Aufrufe
• Buttons, Button-Groups
• Dropdowns, Radiobox, Checkbox
• Eingabefelder
• Basis ist Twitter-Bootstrap
• Datenversorgung über Applikation (AJAX, siehe nächste Folie)
Dirk Brinkmeier Framework RAD.web® 04.10.2020 21db::solutions Datenversorgung grafischer Komponenten – AJAX Dirk Brinkmeier Framework RAD.web® 04.10.2020 22
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Webtoken – Dynamischer HTML Content
HTML Quellcode mit Platzhalter
Zuweisung des Token in der Applikation
Dynamischer Inhalt wird im Browser angezeigt
Content dynamisch generieren
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Handling konkurrierender Zugriffe – Multithreading
Beispiel: 3 konkurrierende Abfragen (quasi-parallel)
HTML Page Inhalt zum Zeitpunkt 1
HTML Page Inhalt zum Zeitpunkt 2
HTML Page Inhalt zum Zeitpunkt 3
Das Framework löst
Zugriffskonflikte auf
Resultat: 3 Speicherabbilder mit unterschiedlichen Inhalten (Validierung per Referenzzählung)
Dirk Brinkmeier Framework RAD.web® 04.10.2020 24db::solutions
Praxisbeispiel – Applikationsmodul IoT/MQTT
• Abfrage der Systemkonfiguration
• Anbindung der Ereignismethoden
• Empfangsmethoden mit den abonnierten
Topics verknüpfen
• Veröffentlichen bzw. Abonnieren der gegeben Topics
Das Framework kapselt
die MQTT Funktionalität
Dirk Brinkmeier Framework RAD.web® 04.10.2020 25db::solutions
Eventmethoden – URI-Parameter und Web-Sessions
Aufbereitete Liste aller URI-Parameter
Beispiel : ../search.html?prepare=yes&filter=test&domain=All&type=All
Zusätzliche (custom) Header in der Response
Anmerkung: Event-Methode setzt den zusätzlichen Header
Aufbereitete Liste aller Sessionvariablen
Sichwort „Viewstate“
Namentlicher Zugriff auf Sessionvariablen und Parameter
Alle Daten aus dem Webserver
stehen der Applikation direkt zur
Verfügung
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Standard API für Datenbankabfragen
• Standardisiertes SQL Abfragehandling mit
Parameterbindung für alle Datenbanktypen
• Einfache Auswertung des Resultsets
z.B. POST Daten aus Webservers-Event-
Methode im JSON-Format
Dirk Brinkmeier Framework RAD.web® 04.10.2020 27db::solutions Dreiklang – HTML, JavaScript, Eventmethoden Dirk Brinkmeier Framework RAD.web® 04.10.2020 28
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Datasets für Tabellenansichten
HTML Objekt auf der Webseite
Eventmethode in der Applikation
Dirk Brinkmeier Framework RAD.web® 04.10.2020 29db::solutions
Canvas – Bitmaps und Bildbearbeitung
Eventmethode in der Applikation
Implementierung in der Applikation
Aufruf der Zeichenroutinen
des Frameworks
Dirk Brinkmeier Framework RAD.web® 04.10.2020 30db::solutions
Proof-of-Concept – Realisierung RAMI 4.0
Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0
Cloudanbindung
HMI Devices
Predictive
Maintanance Konfiguration
Digitale Office-
Geschäftsmodelle Anwendungen
MQTT HTTP Client/Server
RAD.web® Serviceprovider
HTTP/REST Client/Server MQTT Netzwerk (TCP/IP)
Modul / Maschine Modul / Maschine Modul / Maschine Modul / Maschine Modul / Maschine
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Dirk Brinkmeier Framework RAD.web® 04.10.2020 31db::solutions
Vielen Dank für
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