Lesen Sie, wie Crimson Macaw mit Canvas und Elastic Cloud Dashboards zur Überwachung der Abläufe im Sicherheitsbereich des Flughafens London-Stansted (STN) impl

<html><head></head><body><p>Mein Unternehmen <a href="https://www.crimsonmacaw.com/">Crimson Macaw</a> hat vor einiger Zeit einen interessanten Auftrag von der Flughafenbetreibergesellschaft Manchester Airport Group (MAG) erhalten. Die Aufgabe bestand darin, Echtzeit-Dashboards zur &#xDC;berwachung der Abl&#xE4;ufe im Flughafensicherheitsbereich des Flughafens London-Stansted zu entwickeln und zu implementieren.
</p><p>Diese Dashboards sollen der Leitstelle und dem Sicherheitspersonal einen besseren Einblick in die Passagierstr&#xF6;me und die Wirksamkeit der Sicherheitsma&#xDF;nahmen geben, sodass sie anhand der so bereitgestellten Echtzeitdaten <strong>schnelle Entscheidungen treffen</strong> k&#xF6;nnen. Zu diesem Zweck war es n&#xF6;tig, Daten von einer Vielzahl von Vor-Ort-Systemen und aus externen Datenquellen zu ingestieren und sie dann auf verschiedenen Gro&#xDF;bildschirmen zu visualisieren.
</p><h2>Herausforderungen bei der Dateningestion</h2><p>Nachdem die Entscheidung f&#xFC;r Elasticsearch als Datenspeicherungsschicht gefallen war, mussten wir bestimmen, welche Daten auf welche Weise ingestiert werden sollen. Die Informationen kamen aus den verschiedensten Quellen &#x2013; Vor-Ort-Datenbanksysteme, Dateien, h&#xE4;ufig in AWS S3-Buckets abgelegt, sowie eine Reihe von externen API-Datenquellen. Als Beispiel m&#xF6;chte ich nur die Daten der Eisenbahngesellschaft <em>National Rail</em> nennen, die wir mithilfe der STOMP(Streaming Text Oriented Messaging Protocol)-Schnittstellen in Elasticsearch geladen haben.
</p><p>Schon das brachte anfangs einige Schwierigkeiten mit sich:
</p><ul>
	<li>die Abfrage von Daten aus Datenbanken sollte in k&#xFC;rzeren Intervallen als eine Minute erfolgen</li>
	<li>die &#xFC;ber STOMP eingehenden Daten waren mit Gzip komprimiert</li>
</ul><h3>Datenbankabfragen in k&#xFC;rzeren Intervallen als eine Minute</h3><p>Das erste Problem konnten wir mit einem einfachen Patch des bestehenden <a href="/guide/en/logstash/6.5/plugins-inputs-jdbc.html">logstash-input-jdbc</a>-Plugins l&#xF6;sen. Vor dem Patch lie&#xDF;en sich Auftragszeitpl&#xE4;ne nur im Cron-Format ausdr&#xFC;cken. Als Job-Scheduler kam der Rufus-Scheduler zum Einsatz, der die Bereitstellung von Zeitplan-Ausdr&#xFC;cken im Cron-Format oder in Sekunden unterst&#xFC;tzte. Wir mussten lediglich eine Codezeile &#xE4;ndern, um festzulegen, dass statt &#x201E;cron&#x201C; die Methode &#x201E;repeat&#x201C; verwendet werden soll:
</p><div style="background-color: rgb(240, 240, 240); font-size: 16px; padding: 10px; word-break: break-word; white-space: pre-wrap; border-width: 0px 0px 0px 3px; border-style: none none none solid; border-top-color: initial; border-right-color: initial; border-bottom-color: initial; border-left-color: rgb(57, 189, 177); border-radius: 0px; font-family: monospace, serif; box-sizing: border-box; overflow-wrap: break-word; width: 100%; display: inline-block; margin: 0px 0px 10px; overflow: auto; line-height: 1.42857;"><span style="color: #008;">if</span> <span style="color: #066;">@schedule</span>
<span style="color: #066;">  </span><span style="color: #066;">@scheduler</span> = <span style="color: #606;">Rufus</span>::<span style="color: #606;">Scheduler</span>.<span style="color: #008;">new</span>(:<span style="color: #000;">max_work_threads</span> =&gt; <span style="color: #066;">1</span>)
<span style="background-color: #ffcccc;"><span style="color: #066;">  @scheduler</span>.<span style="color: #000; background-color: #ff3333;">cron</span> <span style="color: #066;">@schedule</span> <span style="color: #008;">do</span></span>
<span style="background-color: #ccffcc;"><span style="color: #066;">  @scheduler</span>.<span style="color: #000; background-color: #33ff33;">repeat</span> <span style="color: #066;">@schedule</span> <span style="color: #008;">do</span></span>
<span style="color: #000;">    execute_query</span>(<span style="color: #000;">queue</span>)
<span style="color: #008;">  end</span>
</div><p>Unser <a href="https://github.com/crimsonmacaw/logstash-input-jdbc">Patch steht auf GitHub bereit</a> und kann von jedermann genutzt werden.
</p><h3>Verarbeitung von mit Gzip komprimierten Nachrichten</h3><p>Um die &#xFC;ber die STOMP-Schnittstellen in komprimierter Form eingehenden Nachrichten verarbeiten zu k&#xF6;nnen, mussten wir sie dekomprimieren und die Daten mithilfe von Logstash filtern. Es gibt zwar einen Codec zum Lesen von Datenzeilen aus mit Gzip komprimierten Nachrichten, aber in unserem Fall handelte es sich um Nachrichten mit mehrzeiligem XML-Code. Das Problem haben wir gel&#xF6;st, indem wir ein eigenes Plugin entwickelt haben: <a href="https://github.com/crimsonmacaw/logstash-codec-gzip">logstash-codec-gzip</a>. Das Plugin steht auf GitHub bereit.
</p><h2>Visualisieren der Daten mit Canvas</h2><p>Zum Visualisieren der in Elasticsearch verf&#xFC;gbaren und in Elastic Cloud gehosteten Daten haben wir es zun&#xE4;chst mit Kibana versucht, allerdings ohne zufriedenstellendes Ergebnis. Wir brauchten detailliertere Steuerungsm&#xF6;glichkeiten. Dann stie&#xDF;en wir zuf&#xE4;llig auf Canvas. Als ich zusammen mit dem BI-Verantwortlichen der Manchester Airport Group im Mai 2018 auf dem AWS Summit in London war und wir auch den Elastic-Stand besuchten, schlug jemand vor, es einmal mit Canvas zu versuchen.
</p><blockquote>&#x201E;Wir haben Schwierigkeiten, unsere Daten in Kibana zu visualisieren. Irgendwie k&#xF6;nnen wir das Ganze nicht so detailliert steuern, wie wir es gern h&#xE4;tten.&#x201C;<br>
	&#x201E;Kennen Sie schon Canvas?&#x201C;<br>
	&#x201E;Nein, was ist das?&#x201C;<br>
	&#x201E;Unser neues Visualisierungs-Tool. Es befindet sich zwar noch in der Technology-Preview-Phase, aber ich k&#xF6;nnte mir vorstellen, dass das genau das Richtige f&#xFC;r Sie ist.&#x201C;
</blockquote><h2>Installation und erster Eindruck</h2><p>Canvas war urspr&#xFC;nglich als Plugin f&#xFC;r Kibana erh&#xE4;ltlich und musste so wie jedes andere Kibana-Plugin installiert werden. Da Canvas w&#xE4;hrend der Technology-Preview-Phase nicht in Elastic Cloud verf&#xFC;gbar war, haben wir Kibana in der AWS-Umgebung der Manchester Airport Group gehostet &#x2013; komplett geskriptet mit Terraform.
</p><p>Canvas kommt mit einer unkomplizierten Ausdruckssprache einher, &#xFC;ber die gesteuert werden kann, wie jedes einzelne Element visualisiert werden soll. Das Ganze erinnert mich ein wenig an die Shell-Programmierung, wo die Ausgabe eines Befehls in den n&#xE4;chsten &#xFC;bernommen wird und Unterausdr&#xFC;cke durch Deklarieren eines Ausdrucks in geschweiften Klammern festgelegt werden.
</p><p><img src="https://images.contentstack.io/v3/assets/bltefdd0b53724fa2ce/blt88fdd13e074ebbdb/5c3047b9c3c5fd7f678c15a5/airport1-upd.png" data-sys-asset-uid="blt88fdd13e074ebbdb" alt="" "="">
</p><figcaption>Mein erstes Canvas-Dashboard mit Zugankunftszeiten (die aktuelle Version finden Sie unten)</figcaption><p>Nachdem wir uns ein paar Tage lang mit Canvas vertraut gemacht hatten, waren wir in der Lage, die Zugankunftszeiten am Flughafen Stansted zu visualisieren. Dieses Dashboard wurde unter Verwendung der Elemente &#x201E;Markdown&#x201C; (f&#xFC;r den Text) und &#x201E;Image Repeat&#x201C; (f&#xFC;r die Symbole) sowie von Bildern in der Fu&#xDF;zeile erstellt.
</p><p>Das Ergebnis konnte sich durchaus sehen lassen und wir hatten die Kontrolle &#xFC;ber die einzelnen Elemente, aber irgendwie fehlte noch etwas. Unser Anwendungsfall verlangte nach noch mehr Einflussm&#xF6;glichkeiten:
</p><ul>
	<li>Wir ben&#xF6;tigten die M&#xF6;glichkeit, Zeitstempel auf der Basis der Zeitzone zu formatieren &#x2013; die Daten werden in UTC gespeichert, aber die Zeitangaben mussten sommerzeitf&#xE4;hig gemacht werden.</li>
	<li>Wir wollten, dass sich die Farbe von Text und/oder Bildern auf der Basis bekannter Schwellenwerte &#xE4;ndert.</li>
</ul><h2>Plugins f&#xFC;r Canvas</h2><p>Das Schreiben von Plugins f&#xFC;r Canvas &#xE4;hnelt sehr dem Schreiben von Plugins f&#xFC;r Kibana. Als Sprache kommt NodeJS zum Einsatz und die Plugins nutzen Registrys, sodass zus&#xE4;tzliche Funktionen und sogar neue Elemente hinzugef&#xFC;gt werden k&#xF6;nnen, die sich dann in der Canvas-Benutzeroberfl&#xE4;che ausw&#xE4;hlen lassen. Um die Steuerungsm&#xF6;glichkeiten zu erhalten, die wir ben&#xF6;tigten, haben wir drei Plugins erstellt.
</p><h3>Zeitzonenbasiertes Formatieren von Zeitstempeln</h3><p>Dies war unser erstes Plugin. Es handelt sich dabei um eine sehr einfache Erweiterung des standardm&#xE4;&#xDF;ig integrierten <code>formatdate</code>:
</p><pre class="prettyprint">import moment from &apos;moment&apos;;
import &apos;moment-timezone/builds/moment-timezone-with-data&apos;;
export const formatdatetz = () =&gt; ({
  name: &apos;formatdatetz&apos;,
  type: &apos;string&apos;,
  help: &apos;Output a ms since epoch number as a formatted string according to a given timezone&apos;,
  context: {
    types: [&apos;number&apos;],
  },
  args: {
    _: {
      types: [&apos;string&apos;],
      help: &apos;MomentJS Format with which to bucket (See https://momentjs.com/docs/#/displaying/)&apos;,
      required: true
    },
    timezone: {
      types: [&apos;string&apos;],
      help: &apos;The timezone&apos;,
      required: true,
      default: &apos;UTC&apos;
    }
  },
  fn: (context, args) =&gt; {
    if (!args._) return moment.utc(new Date(context)).tz(args.timezone).toISOString();
    return moment.utc(new Date(context)).tz(args.timezone).format(args._);
  },
});
</pre><p>Das <a href="https://github.com/crimsonmacaw/nodejs-canvas-plugin-formatdatetz">Plugin &#x201E;formatdatetz&#x201C;</a> steht in GitHub zum Installieren in Canvas bereit. Das geht ganz einfach:
</p><pre class="prettyprint">./bin/kibana-plugin install https://github.com/crimsonmacaw/nodejs-canvas-plugin-formatdatetz/releases/download/v1.0.2/canvas-plugin-formatdatetz-1.0.2.zip
</pre><h3>Steuern der Farbe von Text und Bildern</h3><p>Zum Steuern des Aussehens von Text und Bildern konnten wir nicht auf das Element &#x201E;Markdown&#x201C; zur&#xFC;ckgreifen. (Man kann zwar in Canvas CSS bereitstellen, mit der &#x201E;Markdown&#x201C;-Syntax lassen sich aber keine HTML-Klassen-Attribute einrichten, die festlegen, welches Format angewendet werden soll.)
</p><p>Uns schien es am einfachsten, ein Plugin zu erstellen, das direktes Programmieren in HTML erm&#xF6;glicht und &#xE4;hnlich wie das &#x201E;Markdown&#x201C;-Element Handlebars-Ausdr&#xFC;cke f&#xFC;r die Datenbindung m&#xF6;glich macht. Da HTML das direkte Einbetten von SVG-Bildern zul&#xE4;sst, waren wir in der Lage, die Bilder entsprechend den aus Elasticsearch abgerufenen Daten dynamisch auszuwechseln.
</p><h2>Erstellen der Visualisierungen</h2><p>Mit den von uns geschriebenen Plugins war es uns nun m&#xF6;glich, etwas Einfaches wie eine Tabelle mit unterschiedlichen Farben in den Zeilen zu erstellen.
</p><p><img src="https://images.contentstack.io/v3/assets/bltefdd0b53724fa2ce/blt46514fc853daa281/5c3047b7c599e169662410c4/airport2-upd.png" data-sys-asset-uid="blt46514fc853daa281" alt="" "="">
</p><figcaption>Erstes Design f&#xFC;r das Security-Hub-Dashboard auf der Basis der Benutzer-Drahtmodelle (die aktuelle Variante des Dashboards finden Sie unten &#x2013; sie sieht sehr anders aus)</figcaption><p>Die Visualisierungen nahmen jetzt Gestalt an und die Platzhalter wurden mit echten Daten best&#xFC;ckt, aber das &#x201E;Look &amp; Feel&#x201C; lie&#xDF; noch zu w&#xFC;nschen &#xFC;brig &#x2013; und prompt kam auch jemand mit einer Frage, die es auf den Punkt brachte.
</p><blockquote>&#x201E;Geht das nicht noch ein bisschen sexier?&#x201C;
</blockquote><p>Um entsprechende Inspirationen zu sammeln, suchten wir auf Plattformen wie <a href="https://www.pinterest.co.uk/">Pinterest</a> und <a href="https://dribbble.com/">Dribbble</a> nach &#x201E;modernes Dashboard&#x201C; und erhielten einige interessante Vorschl&#xE4;ge dazu, wie ein Dashboard heute aussehen sollte &#x2013; das brachte uns auf die richtige Spur.
</p><p><img src="https://images.contentstack.io/v3/assets/bltefdd0b53724fa2ce/blt1c7ff9864cbc8732/5c3047ab29d13af10bc2ab08/airport3-upd.jpg" data-sys-asset-uid="blt1c7ff9864cbc8732" alt="" "=""></p><figcaption>Noch einmal das Security-Hub-Dashboard, jetzt mit einem &#x201E;Dark Design&#x201C; sowie grafischen Instrumentenanzeigen und Farbverl&#xE4;ufen (dies ist noch nicht der Endzustand, weitere &#xC4;nderungen werden folgen)</figcaption><p>Der Bildschirm wurde um etliche Elemente erweitert, wof&#xFC;r im Wesentlichen das von uns erstellte HTML-Plugin verwendet wurde, das aus einem Mix aus einfachem HTML-Code und einigen komplexen SVG-Bildern besteht, die dynamisch generiert werden.
</p><p>Die ersten R&#xFC;ckmeldungen waren positiv, aber manche Benutzer, die nicht in die Designphase eingebunden waren, brauchten f&#xFC;r einige der angezeigten Werte eine Erkl&#xE4;rung.
</p><blockquote>&#x201E;Wow! Schon viel besser. Aber was bedeuten die Zahlen unten im Balkendiagramm?&#x201C;
</blockquote><p>Das brachte uns dazu, uns auf das eigentliche Ziel des Projekts zu besinnen: Wir sollten dem Sicherheitsteam des Flughafens etwas an die Hand geben, das ihm hilft, <strong>schnelle Entscheidungen zu treffen</strong>. Was toll aussieht, muss nicht unbedingt die beste Form der Visualisierung von Informationen sein. Der Benutzer sollte sofort erkennen k&#xF6;nnen, was ihm angezeigt wird, ohne dass das Dashboard irgendwelcher Erkl&#xE4;rungen bedarf.
</p><h3>Iteratives Herangehen</h3><p>Nachdem wir uns eingehend mit der Canvas-Ausdruckssprache vertraut gemacht hatten, veranstalteten wir eine Reihe von Workshops mit Live-Bearbeitung von Dashboards unter Anwesenheit der Stakeholder. Es war deutlich zu sehen, dass wir uns von den anf&#xE4;nglichen &#x201E;Drahtmodellen&#x201C; aus den Zeiten vor dem Tool weiterentwickelt hatten und in der Zwischenzeit mit inspirierten Ideen f&#xFC;r die bestm&#xF6;gliche Darstellung der Informationen auf den Dashboards aufwarten konnten. Die Stakeholder zeigten den Endbenutzern daraufhin die neuesten Dashboard-Versionen und wir haben dann auf der Basis von deren Feedback entsprechende &#xC4;nderungen vorgenommen.
</p><h2>Endg&#xFC;ltige Dashboards</h2><p>Diese Zusammenarbeit und kreativen Denkprozesse hatten die folgenden Dashboards zum Ergebnis.
</p><blockquote>&#x201E;Mit den von Crimson Macaw entwickelten Dashboards hat der Flughafen Stansted ein modernes Tool zur Echtzeitanzeige von Daten erhalten, die bis dahin in verschiedenen Einzelsystemen vorlagen. Dies hat uns geholfen, unsere internen Prozesse so effizient zu gestalten, wie das vorher nicht m&#xF6;glich war.&#x201C; <em>&#x2013; Stuart Hutson, Head of BI and Analytics, Manchester Airport Group</em>
</blockquote><p>Hinweis: Die Daten in den hier gezeigten Dashboards sind zu Pr&#xE4;sentationszwecken randomisiert worden. Wir haben daf&#xFC;r eigens ein <a href="https://github.com/crimsonmacaw/nodejs-canvas-plugin-randomise">Randomisieren-Plugin</a> f&#xFC;r Canvas geschrieben!
</p><h3>Security Hub</h3><p>Dieses Dashboard zeigt den aktuellen Status des Sicherheitscheckbereichs des Flughafens. Es gibt unter anderem Aufschluss &#xFC;ber die Zahl der Passagiere, die den Sicherheitscheckbereich betreten und verlassen, und &#xFC;ber die Konformit&#xE4;tsquote, und es enth&#xE4;lt Angaben zu den einzelnen Sicherheitsschleusen. Die zur Darstellung der Sicherheitsschleusen verwendete Form spiegelt das tats&#xE4;chliche Layout des Sicherheitscheckbereichs wider, sodass die Benutzer auf einen Blick das Dashboard mit der entsprechenden Sicherheitsschleuse in Beziehung setzen k&#xF6;nnen.
</p><p><img src="https://images.contentstack.io/v3/assets/bltefdd0b53724fa2ce/bltd3bcb6c0c16af459/5c3047b6e71ce40c6e4ad94b/airport4-upd.gif" data-sys-asset-uid="bltd3bcb6c0c16af459" alt="" "="">
</p><h3>Security Pod</h3><p>Dieses Dashboard zeigt Trendinformationen: Wie viele Passagiere haben den Sicherheitsbereich des Flughafens betreten, wie viele werden erwartet und wie lange sind die Wartezeiten, um in die verschiedenen Bereiche zu gelangen?
</p><p><img src="https://images.contentstack.io/v3/assets/bltefdd0b53724fa2ce/blt677696a197b04e17/5c3047b4682c4c4866a7981a/airport5-upd.gif" data-sys-asset-uid="blt677696a197b04e17" alt="" "="">
</p><h3>Abfl&#xFC;ge</h3><p>Dieses Dashboard sieht einer normalen Anzeige f&#xFC;r Fluginformationen sehr &#xE4;hnlich, gibt aber auch Aufschluss &#xFC;ber den Anteil der f&#xFC;r die anstehenden Fl&#xFC;ge prognostizierten Passagiere, die den Sicherheitsbereich bereits betreten haben.
</p><p><img src="https://images.contentstack.io/v3/assets/bltefdd0b53724fa2ce/blt0189f48e0b730f44/5c3047b229d13af10bc2ab0e/airport6-upd.gif" data-sys-asset-uid="blt0189f48e0b730f44" alt="" "="">
</p><h3>Zugank&#xFC;nfte</h3><p>Ein gro&#xDF;er Teil der Passagiere in Stansted kommt mit dem Zug an und Versp&#xE4;tungen auf den Gleisen k&#xF6;nnen gro&#xDF;e Auswirkungen auf die Anzahl der Personen haben, die in den Sicherheitsbereich str&#xF6;men. Jeder Zug transportiert Hunderte von Passagieren und nach der Behebung von St&#xF6;rungen kann es vorkommen, dass innerhalb k&#xFC;rzester Zeit mehrere Z&#xFC;ge eintreffen.
</p><p>Das Dashboard zeigt nicht nur eine typische Zugauskunftstabelle, sondern auch eine Zeitleiste mit Zugankunftszeiten. Wie Sie sehen, haben sich die Dashboards seit unseren ersten Gehversuchen mit Canvas betr&#xE4;chtlich weiterentwickelt.
</p><p><img src="https://images.contentstack.io/v3/assets/bltefdd0b53724fa2ce/bltbf18813a83ba7dc7/5c3047afad674d236e764868/airport7-upd.jpg" data-sys-asset-uid="bltbf18813a83ba7dc7" alt="" "="">
</p><h2>Fazit</h2><p>Canvas ist ein hervorragendes Tool, mit dem sich &#xE4;u&#xDF;erst beeindruckende Echtzeitvisualisierungen von Daten realisieren lassen. Auch wenn sich Canvas zurzeit noch in der Betaphase befindet und ihm das eine oder andere zus&#xE4;tzliche Feature sicher gut bekommen w&#xFC;rde, spiegelt sich doch in der M&#xF6;glichkeit, die Kernfunktionalit&#xE4;t mit Plugins zu erweitern, deutlich die Elastic-typische Herangehensweise an Software wider.
</p><p>Schlie&#xDF;lich bieten viele BI-Tools lediglich Diagramme und Tabellen und vielleicht noch hie und da eine Tachoanzeige oder andere Standardvisualisierungen. Dass es mit Canvas so einfach ist, Dashboards zu erstellen, gibt Data Engineers und Experten f&#xFC;r die Datenvisualisierung die Freiheit, Visualisierungen zu entwickeln, die nur eine Grenze kennen &#x2013; ihre eigene Fantasie.
</p><hr><p><a href="https://www.linkedin.com/in/robertbruce1980">Robert Bruce</a> ist Mitbegr&#xFC;nder und Director of Engineering bei <a href="https://www.crimsonmacaw.com/">Crimson Macaw</a>, einem auf Cloud/Data-Themen spezialisierten IT-Consulting-Unternehmen mit Sitz in Manchester (Gro&#xDF;britannien). Er verf&#xFC;gt &#xFC;ber mehr als 20 Jahre Erfahrung im Bereich Data Engineering und Web und besch&#xE4;ftigt sich derzeit vor allem mit der Cloud-Technologie.
</p></body></html>

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