Suche
  • Sven Wilms

Das Internet of Things: Auf ins Zeitalter vernetzter Dinge

Eine allgemeingültige Definition des Begriffs „Internet of Things“ (abgekürzt: IoT) hat sich noch nicht durchgesetzt. Vielmehr existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Definitionen, die sich in den Details durchaus unterscheiden. Gemeinsam ist den meisten jedoch, dass sie die flächendeckende Vernetzung von Alltagsgegenständen und industriellen Maschinen per Internet als Internet of Things bezeichnen. Entsprechende Geräte erhalten im Netzwerk eine eindeutige Identität (Adresse) und können Aufgaben vollautomatisiert übernehmen: Dadurch können beispielsweise einfache Gegenstände auch unabhängig von menschlicher Steuerung überall und rund um die Uhr miteinander kommunizieren. Ausgestattet mit mitunter nur simplen Sensoren und Prozessoren und verbunden über Netzwerktechnik erfassen sie Informationen über ihre Umwelt, werten sie aus und geben Daten an andere vernetzte Dinge weiter.


Folglich ist das Internet of Things keineswegs nur auf komplexe Hightech-Haushaltsgeräte oder selbstfahrende Autos beschränkt. Vielmehr gibt es zahlreiche weitere Anwendungen: Internetfähige Kleidung und Fitnessarmbänder könnten beispielsweise den Gesundheitszustand der Träger überwachen und die ermittelten Körperwerte direkt zur Auswertung an den Hausarzt weiterleiten. In der Landwirtschaft könnten Feuchtigkeitssensoren den Wasser- und Nährstoffbedarf von Nutzpflanzen in eine Cloud senden. Die Anwendungsmöglichkeiten sind überaus vielfältig.


Was ist IoT?

Das Internet der Dinge, die deutsche Entsprechung des Begriffs „Internet of Things“, ist eng verbunden mit einer Reihe technologischer Entwicklungen und hängt sehr stark mit Konzepten wie Ubiquitous Computing und KI (Künstliche Intelligenz) zusammen. Wesentliches Merkmal ist, dass durch IoT gewöhnliche Gegenstände zu Devices werden können. Sie sind über eine IP-Adresse identifizierbar, erfassen über Sensoren Zustände und besitzen über Chips Speichervermögen. Eingebaute Minicomputer befähigen sie dazu, sich selbst zu steuern, auf ihre Umwelt zu regieren und Daten selbsttätig auszutauschen. Mitunter sind sie mittels Machine Learning sogar in der Lage, Muster zu erkennen, zu verallgemeinern und daraus Schlüsse zu ziehen, um sich Situationen anzupassen und sich fortlaufend selbst zu optimieren. Bereits einfache Funktechnologie wie RFID oder Bluetooth reicht, um physische Objekte in ein Sender-Empfänger-System umzuwandeln. Mithilfe komplexerer Kommunikationstechnik wie 4G sind die verbundenen Geräte imstande, große Datenmengen störungsfrei und über große Distanzen hinweg an eine Cloud oder ein anderes IoT-Gerät weiterzuleiten.

Das Internet of Things kann sich verschiedener Technologien bedienen. Es gibt zwar keine allgemeingültige Definition des Begriffs, doch gängigerweise werden folgende Merkmale mit dem IoT in Verbindung gebracht: Sammeln, Speichern und Verarbeiten von Daten (Beispiel: Ein Thermostat misst automatisch die Raumtemperatur)

Kommunikation untereinander (direkt oder über z. B. über eine Cloud)

Vernetzung (z. B. über Bluetooth-Anbindung ans Internet)

Ubiquität (Vernetzte Geräte kommen nahezu überall zum Einsatz)

Selbststeuerung (Bestimmte Aktionen/Szenarien lösen eine Reaktion aus, ohne dass diese manuell ausgelöst werden muss: Ein Elektroherd geht beispielsweise in den Stand-by-Betrieb über, nachdem das Essen die gewünschte Temperatur erreicht hat)

Lernfähigkeit (Beispiel: Eine internetfähige Leuchte analysiert die gewünschte Lichtintensität und stellt diese später automatisch ein)


Welche Technologien stecken hinter dem Internet der Dinge?

Wer das Prinzip hinter dem Internet of Things verstehen möchte, der kommt nicht umhin, sich mit seinen technologischen Grundlagen zu beschäftigen. Sowohl längst etablierte als auch neuere Informations- und Kommunikationstechnologien ermöglichen theoretisch bereits jetzt das Internet der Dinge. Doch damit eine flächendeckende Vernetzung tatsächlich Realität werden kann, müsste man bestimmte Technologien noch weiter ausbauen. Um Geräte umfassend vernetzen, Daten schnell und störungsfrei übertragen, auswerten und das Big Data Problem lösen zu können, müssen noch ein paar Hindernisse überwunden werden: Denn IoT erfordert ein überaus leistungsfähiges mobiles Internet, das auch das immense Datenaufkommen bewältigen könnte, dass mit der flächendeckenden Vernetzung von Maschinen und unterschiedlichsten Alltagsgeräten einherginge.

Aus diesem Grund setzen viele Entwickler große Hoffnung auf die neue Mobilfunkgeneration 5G, die die alten Standards hinsichtlich der Datenrate pro Sekunde um ein Vielfaches übertrifft. Laut EU sollen bis 2025 alle großen Städte sowie die Hauptverkehrsstraßen sämtlicher EU-Mitgliedstaaten mit 5G versorgt sein. 5G ist keine ferne Zukunftsmusik mehr. Einfache Mittel wie RFID und QR-Code reichen aus, um Objekte zu identifizieren, Informationen über physische Zustände zu sammeln und in ein Netzwerk einzuspeisen. Dies ist beispielsweise bereits bei der Paketverfolgung von Logistikdienstleistern und in der Warenwirtschaft gang und gäbe. Geht es darum, komplexe Daten automatisch auszuwerten und sich selbst zu steuern, müssen die Dinge über entsprechende Hardware verfügen. Dies geschieht nach dem Prinzip M2M (Machine-to-Machine). Der Begriff M2M bezeichnet ein Sender-Empfänger-System für den automatisierten Informationsaustausch zweier Geräte – es besteht aus verschiedenen Komponenten und könnte in der Logistikbranche bei der Fernwartung von Geräten beispielsweise folgendermaßen aussehen:

Senderbzw. Datenendpunkt – Beispiel: Regalpicker mit bewegungsmessenden Sensoren sendet GPS-Signale

Übertragungstechnologie – drahtlose Netzwerke wie UMTS, HSPA, LTE, 5G

Empfänger bzw. Datenintegrationspunkt – Beispiel: Server eines Logistikunternehmens interpretiert technische Parameter der zu überwachenden Maschine als Fehlermeldung Zwischenanwendung – Beispiel: API (Anwendungs-Programmierschnittstelle) unterstützt vernetzte Empfänger-Maschine, Daten auszuwerten und Aktionen auszulösen


Folgende Elemente gehören zur technischen Architektur des Internet of Things: Sensoren: Alltagsgegenstände oder Geräte, die mit Sensoren ausgestattet sind, verfügen beispielsweise über Messfühler, die physikalische oder chemische Zustände erfassen. Sie messen Temperatur, Druck, Helligkeit, Feuchtigkeit, den pH-Wert oder Bewegung. Um die Messergebnisse digital nutzbar zu machen, übersetzen sie diese in elektrische Signale. So misst der Helligkeitssensor eines Smartphones die Lichtintensität der Umgebung. Mit diesen Informationen kann sich das Display dem Helligkeitsgrad anpassen. RFID (Radio Frequency Identification): Diese Technologie erlaubt das berührungslose Identifizieren eines Gegenstands mittels elektromagnetischer Wellen. Damit ein Lesegerät ihn erkennen und lokalisieren kann, erhält der Gegenstand ein Funk-Etikett sowie einen unverwechselbaren Code. RFID-Systeme haben eine Reichweite von bis zu 100 Metern. Ein Anwendungsbeispiel bietet unter anderem die Logistikbranche, in der Container bei der Verschiffung durch RFID besser lokalisierbar sind. Location Technologies: GPS, WLAN und Bluetooth überwinden noch größere Distanzen und übertragen mehr Informationen. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Smartphone bei der Restaurantsuche das nächstgelegene Lokal anzeigen. Drahtlose Netzwerke: Für ein weitreichendes Internet der Dinge bedarf es mehr als Nahfeldkommunikation und der kurzen Übertragungswege von WLAN. Die wichtigsten Übertragungstechnologien basieren auf Mobilfunk mit den Standards 3G (UMTS) und 4G (LTE) – doch diese nicht verzögerungsfrei. Für hohe Datenvolumen und eine Echtzeitübertragung ist eine neuere Generation notwendig. Künftig dürften die folgenden Standards die Vernetzung vorantreiben: 5G: Die fünfte Generation der Mobilfunkstandards bedeutet einen großen Entwicklungssprung: 5G bewältigt 10.000 Megabit pro Sekunde. Damit ist es hundert Mal schneller als LTE. Hinsichtlich der Kapazität übertrumpft es LTE um ein Tausendfaches. Über 5G können die meisten Anwendungen in Echtzeit funktionieren. Damit bildet 5G beispielsweise die Voraussetzung für selbstfahrende Autos in Smart Citys. Zudem lassen sich selbst die großen Datenpakete von Full-HD-Filmen über 5G zeitnah laden. NarrowBand-IoT (NB-IoT): Diese Funktechnologie ist ebenfalls eine Innovation. Sie überträgt zwar nur kleine Datenmengen, zeichnet sich aber dafür durch andere Vorteile aus: Dank einer hohen Signalstärke erreicht sie auch schwer zugängliche Stellen – beispielsweise unterirdische Empfänger oder Geräte in dickwandigen Anlagen. Die Technologie funktioniert extrem energieeffizient und über einen langen Zeitraum hinweg. Über sie könnten beispielsweise Stadtwerke Heizungen im Keller warten, die nicht extern mit Strom versorgt werden, oder Straßenbeleuchtung aus der Ferne steuern. Cloud: Auch diese virtuellen Speicher- und Datenverarbeitungsnetzwerke sind für die Infrastruktur eines weitmaschigen Internets der Dinge essenziell. Die Cloud erlaubt es beispielsweise, den Speicher vernetzter Dinge auszulagern beziehungsweise deren Speicherkapazität zu erhöhen. Embedded Computing: Mikroprozessoren und schlanke Rechner-Systeme funktionieren nur im Zusammenspiel mit anderen Geräten. Dafür kommen sie ohne viel Hard- und Software aus und eignen sich dafür, selbst aus kleinen Alltagsgegenständen sich selbst steuernde Systeme zu machen.


Basis für eine vierte industrielle Revolution

Was ist IoT? Was bedeutet Industrie 4.0? Nachdem Dampfmaschine, Fließband und Digitalisierung die Industrie grundlegend veränderten, ist das Internet der Dinge Motor einer vierten industriellen Revolution. Smarte Fabriken, deren Anlagen den gesamten Produktionsprozess selbst organisieren, läuten bereits jetzt ein neues Zeitalter ein. Solche Fabriken beschleunigen die Herstellung, steigern die Effizienz und sparen Kosten ein. In einer vernetzten Fabrik melden beispielsweise mit RFID-Chips ausgestattete Werkstoffe, welche Maschine für den nächsten Verarbeitungsschritt zuständig ist. Über Sensoren weisen Maschinen auf kritische Zustände hin. Damit jeder Ablauf reibungslos vonstattengeht, signalisieren sie eventuellen Material- und Reparaturbedarf.


Chancen und Risiken von Industrie 4.0 und digitalem Marketing Das Internet of Things eignet sich dazu, sämtliche Fertigungsphasen eines Produktes zu optimieren. Darüber hinaus könnte es alle beteiligten Dienstleistungen perfektionieren – von der Produktentwicklung über die Vermarktung bis hin zur Auslieferung und zum Recycling. Miteinander vernetzte und selbstlernende Maschinen ermöglichen es zudem, besser auf individuelle Kundenwünsche einzugehen. Zur Anfertigung personalisierter Produkte muss so nicht jedes Mal eine menschliche Kontrolle bzw. Umrüstung der Anlage stattfinden. Das lohnt sich bereits bei kleineren Stückzahlen – Adidas stellt auf diese Weise bereits personalisierte Sportschuhe her.

Potenzial bietet das Internet der Dinge auch im Bereich Marketing. So profitiert der Einzelhandel beispielsweise von standortbezogenem Targeting. Sogenannte iBeacons senden Signale an Smartphones, die über Sonderangebote informieren oder Käufer von Bio-Produkten direkt zu entsprechenden Angeboten lotsen. Internetfähige Getränkeautomaten sind imstande, Leerstand zu melden oder eine Schadensmeldung zu senden. Messen die Sensoren sommerliche Temperaturen können die Getränkepreise angesichts der zu erwartenden höheren Nachfrage automatisch angepasst werden.

Das wirtschaftliche Potenzial des Internet of Things ist also riesig. Laut einer McKinsey-Studie soll das IoT 2025 der Wirtschaft rund 11,1 Billionen US-Dollar Mehrwert bescheren. Allerdings geht die Industrie 4.0 auch mit einigen Risiken einher: Eine umfassende Vernetzung bietet Hackern zahlreiche Angriffspunkte und erhöht das Risiko von Datenschutzverstößen und Wirtschaftsspionage. Werden Produktionsabläufe und Wartung an Maschinen delegiert, ersetzt dies den Menschen als Arbeitskraft. Und das betrifft mitunter nicht nur monotone und gefährliche Tätigkeiten, sondern auch Jobs, mit denen aktuell zahlreiche Menschen ihren Lebensunterhalt bestreiten. Die Experten sind sich jedoch noch uneinig, in welchen Bereichen und in welchem Maße IoT die Arbeitswelt umkrempeln wird. Einerseits schafft die Digitalisierung neue Arbeitsplätze und smarte Geräte dürften in vielen Bereichen auch nur eine Assistenzfunktion für den Menschen übernehmen. Andererseits rechnen einige Ökonomen damit, dass die Industrie 4.0 mit einer umfassenden Wegrationalisierung von Arbeitsplätzen einhergehen wird.



© 2019 by Software Innovation Bridge

+49 176 51975082