Seminar ThingsBoard CE/PE – Hochverfügbarkeit, Microservices, Kubernetes und Performance

Das Seminar plant und betreibt eine skalierbare Plattform für hohe Verfügbarkeit und große Last. Monolith, Microservices, Message Queues, Datenbanken, Load Balancing, Kubernetes, Zustandsverwaltung, Observability, Kapazitätstests, Failover und Disaster Recovery werden zu einer überprüfbaren Produktionsarchitektur verbunden.

Inhaltsverzeichnis

• Lernziele und fachliche Einordnung.
• Schrittweise Seminarinhalte.
• Praxisübungen und Laborszenarien.
• Zielgruppe und Voraussetzungen.
• Didaktik und Arbeitsweise.

Lernziele

• Workload, Verfügbarkeitsziele und Fehlerdomänen in ein belastbares Architekturmodell übersetzen.
• Monolithische und Microservices-basierte Bereitstellungen fachgerecht auswählen und dimensionieren.
• Kubernetes, Queue, Datenbank, Caching und Netzwerkpfade redundant und beobachtbar betreiben.
• Engpässe anhand von Messwerten, Lasttests und systematischer Ursachenanalyse beseitigen.
• Failover, Wiederanlauf, Skalierung und Betriebsübergabe durch realistische Tests nachweisen.

Schrittweise Seminarinhalte

1. Anforderungen, SLOs und Fehlerdomänen

Schwerpunkt: Verfügbarkeit, RPO, RTO, Telemetrierate, Gerätezahl, Nutzerlast, Alarmvolumen, Wartungsfenster, Regionen, Abhängigkeiten und Budget.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf, technische Randbedingungen und Abnahmekriterien für den Themenblock „Anforderungen, SLOs und Fehlerdomänen“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Entitäten, Rollen, Schnittstellen und Abhängigkeiten anhand von Verfügbarkeit, RPO, RTO, Telemetrierate, Gerätezahl, Nutzerlast, Alarmvolumen, Wartungsfenster, Regionen, Abhängigkeiten und Budget modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration oder Prozessfolge in einer kontrollierten Laborumgebung schrittweise umsetzen und jeden Zwischenstand protokollieren.
4. Funktion, Berechtigungen, Datenfluss, Protokollierung, Fehlerverhalten und Grenzfälle mit definierten Positiv- und Negativtests prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis ein messbares Kapazitäts- und Verfügbarkeitszielbild dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Betriebs- oder Entwicklungsstandard überführen.

2. Deployment-Modelle und Komponentenzerlegung

Schwerpunkt: Monolith, Microservices, Transport Services, Core Services, Rule Engine Services, Web UI, Queue, Datenbank, Cache und externe Dienste.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf, technische Randbedingungen und Abnahmekriterien für den Themenblock „Deployment-Modelle und Komponentenzerlegung“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Entitäten, Rollen, Schnittstellen und Abhängigkeiten anhand von Monolith, Microservices, Transport Services, Core Services, Rule Engine Services, Web UI, Queue, Datenbank, Cache und externe Dienste modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration oder Prozessfolge in einer kontrollierten Laborumgebung schrittweise umsetzen und jeden Zwischenstand protokollieren.
4. Funktion, Berechtigungen, Datenfluss, Protokollierung, Fehlerverhalten und Grenzfälle mit definierten Positiv- und Negativtests prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis eine begründete Zielarchitektur mit klaren Servicegrenzen dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Betriebs- oder Entwicklungsstandard überführen.

3. Message Queue und Datenverarbeitung

Schwerpunkt: Kafka oder vergleichbare Queue, Topics, Partitionen, Consumer Groups, Replikation, Retention, Backpressure, Reihenfolge und Fehlerwiederholung.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf, technische Randbedingungen und Abnahmekriterien für den Themenblock „Message Queue und Datenverarbeitung“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Entitäten, Rollen, Schnittstellen und Abhängigkeiten anhand von Kafka oder vergleichbare Queue, Topics, Partitionen, Consumer Groups, Replikation, Retention, Backpressure, Reihenfolge und Fehlerwiederholung modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration oder Prozessfolge in einer kontrollierten Laborumgebung schrittweise umsetzen und jeden Zwischenstand protokollieren.
4. Funktion, Berechtigungen, Datenfluss, Protokollierung, Fehlerverhalten und Grenzfälle mit definierten Positiv- und Negativtests prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis ein skalierbares und fehlertolerantes Queue-Design dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Betriebs- oder Entwicklungsstandard überführen.

4. Datenbankarchitektur und Datenpfade

Schwerpunkt: PostgreSQL, Zeitreihenspeicherung, Partitionierung, Indizes, Replikation, Connection Pools, Schreiblast, Abfragen, Aufbewahrung und Wartung.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf, technische Randbedingungen und Abnahmekriterien für den Themenblock „Datenbankarchitektur und Datenpfade“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Entitäten, Rollen, Schnittstellen und Abhängigkeiten anhand von PostgreSQL, Zeitreihenspeicherung, Partitionierung, Indizes, Replikation, Connection Pools, Schreiblast, Abfragen, Aufbewahrung und Wartung modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration oder Prozessfolge in einer kontrollierten Laborumgebung schrittweise umsetzen und jeden Zwischenstand protokollieren.
4. Funktion, Berechtigungen, Datenfluss, Protokollierung, Fehlerverhalten und Grenzfälle mit definierten Positiv- und Negativtests prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis ein dimensioniertes Datenbank- und Speicherdesign dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Betriebs- oder Entwicklungsstandard überführen.

5. Kubernetes-Grundarchitektur

Schwerpunkt: Namespaces, Deployments, StatefulSets, Services, Ingress, ConfigMaps, Secrets, Persistent Volumes, Ressourcenlimits und Pod Disruption Budgets.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf, technische Randbedingungen und Abnahmekriterien für den Themenblock „Kubernetes-Grundarchitektur“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Entitäten, Rollen, Schnittstellen und Abhängigkeiten anhand von Namespaces, Deployments, StatefulSets, Services, Ingress, ConfigMaps, Secrets, Persistent Volumes, Ressourcenlimits und Pod Disruption Budgets modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration oder Prozessfolge in einer kontrollierten Laborumgebung schrittweise umsetzen und jeden Zwischenstand protokollieren.
4. Funktion, Berechtigungen, Datenfluss, Protokollierung, Fehlerverhalten und Grenzfälle mit definierten Positiv- und Negativtests prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis eine strukturierte Kubernetes-Bereitstellungsbasis dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Betriebs- oder Entwicklungsstandard überführen.

6. Skalierung und Lastverteilung

Schwerpunkt: horizontale Skalierung, Replikazahl, Autoscaling, Sessionverhalten, Load Balancer, Transportverbindungen, Affinität, Warm-up und Kapazitätsreserven.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf, technische Randbedingungen und Abnahmekriterien für den Themenblock „Skalierung und Lastverteilung“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Entitäten, Rollen, Schnittstellen und Abhängigkeiten anhand von horizontale Skalierung, Replikazahl, Autoscaling, Sessionverhalten, Load Balancer, Transportverbindungen, Affinität, Warm-up und Kapazitätsreserven modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration oder Prozessfolge in einer kontrollierten Laborumgebung schrittweise umsetzen und jeden Zwischenstand protokollieren.
4. Funktion, Berechtigungen, Datenfluss, Protokollierung, Fehlerverhalten und Grenzfälle mit definierten Positiv- und Negativtests prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis ein abgestimmtes Skalierungs- und Lastverteilungskonzept dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Betriebs- oder Entwicklungsstandard überführen.

7. Konfiguration, Secrets und Zertifikate

Schwerpunkt: Umgebungsparameter, zentrale Konfiguration, Secret Stores, TLS, Zertifikatswechsel, Schlüsselrotation, Zugriffsschutz und Trennung der Umgebungen.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf, technische Randbedingungen und Abnahmekriterien für den Themenblock „Konfiguration, Secrets und Zertifikate“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Entitäten, Rollen, Schnittstellen und Abhängigkeiten anhand von Umgebungsparameter, zentrale Konfiguration, Secret Stores, TLS, Zertifikatswechsel, Schlüsselrotation, Zugriffsschutz und Trennung der Umgebungen modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration oder Prozessfolge in einer kontrollierten Laborumgebung schrittweise umsetzen und jeden Zwischenstand protokollieren.
4. Funktion, Berechtigungen, Datenfluss, Protokollierung, Fehlerverhalten und Grenzfälle mit definierten Positiv- und Negativtests prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis einen sicheren Konfigurations- und Secret-Lifecycle dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Betriebs- oder Entwicklungsstandard überführen.

8. Observability und Betriebskennzahlen

Schwerpunkt: Metriken, Logs, Traces, Queue-Rückstände, Rule-Engine-Latenz, Datenbankzeiten, Geräteverbindungen, Fehlerquoten, Dashboards und Alarmierung.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf, technische Randbedingungen und Abnahmekriterien für den Themenblock „Observability und Betriebskennzahlen“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Entitäten, Rollen, Schnittstellen und Abhängigkeiten anhand von Metriken, Logs, Traces, Queue-Rückstände, Rule-Engine-Latenz, Datenbankzeiten, Geräteverbindungen, Fehlerquoten, Dashboards und Alarmierung modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration oder Prozessfolge in einer kontrollierten Laborumgebung schrittweise umsetzen und jeden Zwischenstand protokollieren.
4. Funktion, Berechtigungen, Datenfluss, Protokollierung, Fehlerverhalten und Grenzfälle mit definierten Positiv- und Negativtests prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis einen mehrschichtigen Observability- und SLO-Katalog dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Betriebs- oder Entwicklungsstandard überführen.

9. Performanceanalyse und Lasttest

Schwerpunkt: Gerätesimulatoren, Telemetrierate, Payloadgrößen, Dashboardlast, Rule Chains, Teststufen, Baseline, Profiling, Engpasshypothesen und Wiederholung.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf, technische Randbedingungen und Abnahmekriterien für den Themenblock „Performanceanalyse und Lasttest“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Entitäten, Rollen, Schnittstellen und Abhängigkeiten anhand von Gerätesimulatoren, Telemetrierate, Payloadgrößen, Dashboardlast, Rule Chains, Teststufen, Baseline, Profiling, Engpasshypothesen und Wiederholung modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration oder Prozessfolge in einer kontrollierten Laborumgebung schrittweise umsetzen und jeden Zwischenstand protokollieren.
4. Funktion, Berechtigungen, Datenfluss, Protokollierung, Fehlerverhalten und Grenzfälle mit definierten Positiv- und Negativtests prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis einen reproduzierbaren Lasttest- und Tuningprozess dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Betriebs- oder Entwicklungsstandard überführen.

10. Hochverfügbarkeit und Failover

Schwerpunkt: Node-Ausfall, Pod-Ausfall, Queue-Broker-Ausfall, Datenbankumschaltung, Netzwerkpartition, Rolling Update, Failback und Datenkonsistenz.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf, technische Randbedingungen und Abnahmekriterien für den Themenblock „Hochverfügbarkeit und Failover“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Entitäten, Rollen, Schnittstellen und Abhängigkeiten anhand von Node-Ausfall, Pod-Ausfall, Queue-Broker-Ausfall, Datenbankumschaltung, Netzwerkpartition, Rolling Update, Failback und Datenkonsistenz modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration oder Prozessfolge in einer kontrollierten Laborumgebung schrittweise umsetzen und jeden Zwischenstand protokollieren.
4. Funktion, Berechtigungen, Datenfluss, Protokollierung, Fehlerverhalten und Grenzfälle mit definierten Positiv- und Negativtests prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis einen nachweislich funktionierenden Failover- und Failback-Ablauf dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Betriebs- oder Entwicklungsstandard überführen.

11. Disaster Recovery und Standortausfall

Schwerpunkt: Sicherungsumfang, Sekundärstandort, Datenreplikation, Wiederanlaufreihenfolge, DNS-Umschaltung, Kommunikationsplan, Rückkehr und Übungsrhythmus.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf, technische Randbedingungen und Abnahmekriterien für den Themenblock „Disaster Recovery und Standortausfall“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Entitäten, Rollen, Schnittstellen und Abhängigkeiten anhand von Sicherungsumfang, Sekundärstandort, Datenreplikation, Wiederanlaufreihenfolge, DNS-Umschaltung, Kommunikationsplan, Rückkehr und Übungsrhythmus modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration oder Prozessfolge in einer kontrollierten Laborumgebung schrittweise umsetzen und jeden Zwischenstand protokollieren.
4. Funktion, Berechtigungen, Datenfluss, Protokollierung, Fehlerverhalten und Grenzfälle mit definierten Positiv- und Negativtests prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis ein ausführbares Disaster-Recovery-Runbook dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Betriebs- oder Entwicklungsstandard überführen.

12. Produktionsabnahme und Regelbetrieb

Schwerpunkt: Security Review, Kapazitätsreserve, Wartung, Patchen, Upgrade, Change, Bereitschaft, Runbooks, Abnahmekriterien und kontinuierliche Optimierung.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf, technische Randbedingungen und Abnahmekriterien für den Themenblock „Produktionsabnahme und Regelbetrieb“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Entitäten, Rollen, Schnittstellen und Abhängigkeiten anhand von Security Review, Kapazitätsreserve, Wartung, Patchen, Upgrade, Change, Bereitschaft, Runbooks, Abnahmekriterien und kontinuierliche Optimierung modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration oder Prozessfolge in einer kontrollierten Laborumgebung schrittweise umsetzen und jeden Zwischenstand protokollieren.
4. Funktion, Berechtigungen, Datenfluss, Protokollierung, Fehlerverhalten und Grenzfälle mit definierten Positiv- und Negativtests prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis ein vollständiges Produktions- und Betriebsübergabepaket dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Betriebs- oder Entwicklungsstandard überführen.

Praxisübungen und Laborszenarien

• Dimensionierung einer Beispielplattform anhand von Gerätezahl, Telemetrierate und Nutzerlast.
• Entwurf einer Microservices- und Kubernetes-Architektur mit Fehlerdomänen.
• Durchführung eines Lasttests mit Baseline, Engpassanalyse und Tuningrunde.
• Simulation von Pod-, Queue- und Datenbankausfällen mit dokumentiertem Failover.
• Erstellung eines Disaster-Recovery-Ablaufs mit RPO-, RTO- und Abnahmewerten.

Zielgruppe und Voraussetzungen

Zielgruppe: Plattform- und Cloud-Architektur, Kubernetes- und DevOps-Teams, Datenbankadministration, SRE, technischer Betrieb und Disaster-Recovery-Verantwortung.

Voraussetzungen: Gute Linux-, Container-, Netzwerk- und Datenbankkenntnisse sowie praktische Erfahrung mit ThingsBoard-Bereitstellungen; Kubernetes-Grundlagen werden vorausgesetzt.

Didaktik und Arbeitsweise

Kurze Fachimpulse werden unmittelbar durch Demonstrationen, strukturierte Konfigurationsschritte, praktische Übungen und kontrollierte Fehlerfälle vertieft. Jede Übung verwendet definierte Ausgangswerte, Prüfpunkte und Dokumentationsanforderungen. Dadurch entstehen nachvollziehbare Abläufe, die sich auf Entwicklungs-, Test- und Produktionsumgebungen übertragen lassen.