Managed Laravel Hosting für eine IoT-Plattform: Biotaktix bei UpCloud

Laravel-Anwendungen betreiben wir seit Jahren in allen Größen. Interessant an diesem Fall ist weniger Laravel selbst als das, was daran hängt: eine IoT-Plattform mit echtem Draht zur Hardware auf Biogasanlagen, ein neues Laravel-Hoster-Setup bei UpCloud im deutschen Rechenzentrum und eine Migration, die ohne Drama laufen sollte. Der Reihe nach.

Wer ist Biotaktix?

Die Biotaktix GmbH aus Kalletal (NRW) entwickelt eine Softwareplattform für Biogas- und Biomethananlagen. Digitalisiert wird die komplette Wertschöpfungskette: Substratplanung, Logistik, Liefermanagement, Massenbilanzierung, Gärrestmanagement sowie die Erfassung von Rundgängen, Wartungen und Arbeitszeiten.

Ein Schwerpunkt ist die regulatorische Nachweisführung nach RED III, SURE. Abrechnung, Massenbilanzierung und Nachweiserstellung laufen digital, der manuelle Aufwand sinkt deutlich. Für Anlagenbetreiber heißt das: weniger Zettelwirtschaft und Nachweise, die einer Prüfung standhalten.

Unser üblicher Laravel-Stack

Unter der Plattform liegt der Stack, den wir auch für andere Laravel-Anwendungen einsetzen. Bewusst aus erprobten Komponenten, nicht aus dem, was diese Woche oben auf Hacker News steht:

• nginx und php-fpm als Webschicht auf aktueller PHP-Version

• MySQL für Stammdaten, Lieferungen und Bilanzierung, direkt auf der VM und nicht als Managed-DB-Dienst

• Redis als Cache- und Queue-Layer

• Supervisor für die Laravel-Queues und langlaufenden Worker

• dazu Monitoring, Metriken, Backups und unser 24/7-SLA, das volle Managed Laravel Hosting-Programm

Die Datenbank läuft bewusst auf der VM, nicht in einem Managed-Datenbankdienst und schon gar nicht auf Kubernetes. Für eine stateful Komponente mit planbarer Last ist das die ruhigere Variante: ein Ort für die Daten, ein nachvollziehbares Backup, keine zusätzliche Abstraktionsschicht, die im Fehlerfall mitdebuggt werden will. Der Nebeneffekt zeigt sich weiter unten beim Thema Performance: Wer direkten Zugriff auf die Datenbank hat, kann auch direkt an den richtigen Stellen optimieren.

Das Ganze läuft auf individuellen Managed Cloud Servern, die wir auf die Last der Plattform zuschneiden und im Betrieb pflegen: Patching, Updates, Monitoring inklusive.

MQTTS: der Draht zu den Anlagen vor Ort

Technisch am interessantesten ist die Verbindung in die physische Welt. Biotaktix erfasst Daten direkt an den Anlagen, etwa über Gateways an den Fahrzeugwaagen, die Wiegevorgänge in Echtzeit übernehmen. Damit Backend und Hardware sicher miteinander reden, setzen wir auf MQTTS: das leichtgewichtige IoT-Protokoll MQTT, durchgängig per TLS verschlüsselt.

Als Broker betreiben wir Mosquitto, schlank und stabil genug für diese Aufgabe. Die Gateways vor Ort verbinden sich als MQTTS-Clients, das Laravel-Backend hängt auf der anderen Seite am selben Broker. So fließen Messwerte und Statusmeldungen verschlüsselt von der Anlage in die Plattform, ohne dass wir auf den Geräten Ports öffnen oder fragile Direktverbindungen bauen.

Spannend ist, wie Authentifizierung und Berechtigungen gelöst sind: Beides liegt nicht im Broker selbst, sondern wird über ein Plugin an das Laravel-Backend delegiert. Mosquitto fragt bei jedem Verbindungsaufbau per HTTP, ob die Zugangsdaten gültig sind, und vor jedem Publish oder Subscribe, ob der jeweilige Client überhaupt auf das angefragte Topic zugreifen darf. So entscheidet die Anwendung, die ohnehin die Daten verwaltet, auch darüber, wer mit welchem Topic sprechen darf, und jede Anlage sieht nur ihre eigenen Topics. Die Entscheidungen werden kurz zwischengespeichert, damit nicht jede einzelne Nachricht einen Roundtrip ins Backend auslöst.

Vom Setup zum laufenden Betrieb: GPS und ein Performance-Fix

So ein Setup ist nie fertig, sondern wächst mit der Plattform. Inzwischen übermitteln die Gateways nicht mehr nur Wiegedaten, sondern auch GPS-Positionen. Mehr Daten heißt auch mehr Last auf der Datenbank, und an einer Stelle wurde eine Abfrage spürbar langsam.

Den Fix haben wir gemeinsam mit den Entwicklern von Biotaktix umgesetzt, in drei ineinandergreifenden Schritten: Auf unserer Seite neue Indexes in MySQL, direkt am EXPLAIN erarbeitet statt durch einen Managed-Dienst hindurch geraten, plus ein Rescale der VM mit mehr CPU und RAM, im laufenden Betrieb und ohne Reboot. Auf Seiten von Biotaktix kamen gezielte Anpassungen in der Applikation dazu, die die teure Abfrage von vornherein entlasten. Erst die Kombination aus Index, Rescale und Applikationsanpassung hat die Latenz wieder dahin gebracht, wo sie hingehört, und genau hier zahlt sich die VM-Datenbank aus: direkter Zugriff auf EXPLAIN und Indizes, ohne durch einen Managed-Dienst hindurch raten zu müssen.

Backup und Disaster Recovery

Bei einer Plattform mit regulatorischen Nachweisen ist das Backup kein Anhängsel. Die Daten landen regelmäßig auf unserer eigenen, self-hosted SeaweedFS-Infrastruktur, getrennt vom Produktivsystem bei UpCloud und auf Hardware, die uns selbst gehört, statt bei einem fremden Object-Store. Wie dieses Backup-Target aufgebaut ist, warum wir von MinIO auf SeaweedFS umgezogen sind und wie die geo-redundante Spiegelung funktioniert, haben wir in einem eigenen Artikel ausführlich beschrieben.

UpCloud im deutschen Rechenzentrum

Wir sind provider-unabhängig und betreiben Anwendungen dort, wo es für den Kunden passt. Im Fall Biotaktix war UpCloud im deutschen Rechenzentrum ein ausdrücklicher Kundenwunsch, mit dem wir gut leben können: kurze Wege, niedrige Latenz zu den Anlagen und eine Datenhaltung im Inland (Frankfurt am Main), beim regulatorischen Schwerpunkt der Plattform kein Nebenaspekt.

Im Betrieb hat sich vor allem ein Feature bewährt: das Rescale ohne Reboot. CPU und RAM lassen sich bei UpCloud im laufenden Betrieb hochziehen, ohne die VM neu zu starten. Das haben wir bereits genutzt; wächst die Last, skalieren wir den Server, ohne dass Plattform oder MQTTS-Verbindungen eine Pause einlegen.

Die Migration: erst Testsystem, dann eine ruhige Nacht

Eine Plattform, an der reale Anlagen und regulatorische Nachweise hängen, migriert man nicht ins Blaue. Vor der Umstellung haben wir ein vollständiges Testsystem bei UpCloud bereitgestellt, auf dem Biotaktix alle Prozesse durchspielen konnte: Anwendung, MQTTS-Anbindung, Hintergrund-Jobs.

Erst als dort alles passte, kam die Produktiv-Migration, bewusst in der Nacht und mit direkter Begleitung. Während der Umstellung war unser Ansprechpartner durchgehend erreichbar, jeder Schritt wurde sofort abgestimmt und geprüft. Seitdem läuft die Plattform stabil auf der neuen Infrastruktur.

Nils Lüpke, Geschäftsführer von Biotaktix, fasst es so zusammen:

„Über unsere Plattform laufen mittlerweile jährlich mehr als 100.000 Wiegungen für Biogas- und Biomethananlagen, aus denen die Abrechnungen und die Nachweise nach RED III und SURE entstehen. Entsprechend wenig Spielraum haben wir bei Ausfällen. We Manage hat vor der Umstellung ein vollständiges Testsystem bereitgestellt, auf dem wir alle Prozesse in Ruhe prüfen konnten. Die Produktiv-Migration lief nachts und wurde durchgehend begleitet – jeder Schritt wurde abgestimmt, unser Ansprechpartner war die gesamte Nacht über erreichbar. Seitdem läuft die Plattform stabil, und wir können uns auf die Entwicklung konzentrieren."

Vielen Dank für das Vertrauen, Nils! Uns macht die Zusammenarbeit ebenfalls viel Spaß – und wir freuen uns, einen kleinen Teil zum Thema erneuerbare Energien beitragen zu können, das sonst nicht so häufig im Fokus steht.

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