Internet der Dinge (Internet of Things, IoT)

Wie das Internet der Dinge funktioniert

Ein IoT-Ökosystem besteht aus webfähigen intelligenten Geräten (Smart Devices), die eingebettete Systeme wie Prozessoren, Sensoren und Kommunikationshardware nutzen, um Daten, die sie aus ihrer Umgebung erfassen, zu sammeln, zu senden und darauf zu reagieren.

IoT-Geräte teilen die von ihnen gesammelten Sensordaten, indem sie sich mit einem IoT-Gateway oder einem anderen Edge Device verbinden, wo die Daten entweder zur Analyse an die Cloud gesendet oder lokal analysiert werden. Manchmal kommunizieren diese Geräte mit anderen verwandten Geräten und reagieren auf die Informationen, die sie voneinander erhalten. Die Geräte erledigen die meiste Arbeit ohne menschliches Eingreifen, obwohl Menschen mit den Geräten interagieren können – zum Beispiel, um sie einzurichten, ihnen Anweisungen zu geben oder auf die Daten zuzugreifen.

Die Konnektivität, Vernetzung und Kommunikationsprotokolle, die mit diesen webfähigen Geräten verwendet werden, hängen weitgehend von den spezifischen IoT-Anwendungen ab, die eingesetzt werden.

Das Internet der Dinge kann sich auch künstlicher Intelligenz (KI) und Machine-Learning-Technologie bedienen, um Datenerfassungsprozesse einfacher und dynamischer zu gestalten.

Warum das Internet der Dinge von Bedeutung ist

Das Internet der Dinge hilft den Menschen, intelligenter zu leben und zu arbeiten sowie die vollständige Kontrolle über ihr Leben zu erlangen. Neben dem Angebot intelligenter Geräte zur Automatisierung von Haushalten ist das Internet der Dinge auch für die Wirtschaft von wesentlicher Bedeutung. Das Internet der Dinge bietet Unternehmen einen Echtzeit-Einblick in die tatsächliche Funktionsweise ihrer Systeme und liefert Einblicke in alles, von der Leistung von Maschinen bis hin zu Lieferketten- und Logistikvorgängen.

IoT ermöglicht es Unternehmen, Prozesse zu automatisieren und Arbeitskosten zu senken. Darüber hinaus reduziert es Verschwendung und verbessert die Dienstleistungserbringung, macht die Herstellung und Lieferung von Waren kostengünstiger und bietet Transparenz bei Kundentransaktionen.

Als solche ist IoT eine der wichtigsten Technologien des täglichen Lebens, und sie wird weiter an Fahrt gewinnen, da immer mehr Unternehmen das Potenzial vernetzter Geräte erkennen, um wettbewerbsfähig zu bleiben.

IoT-Vorteile für Organisationen

Das Internet der Dinge bietet Unternehmen mehrere Vorteile. Einige Vorteile sind branchenspezifisch, und einige sind branchenübergreifend anwendbar. Einige der gemeinsamen Vorteile ermöglichen es Unternehmen:

• ihre gesamten Geschäftsprozesse zu überwachen;
• die Kundenerfahrung zu verbessern;
• Zeit und Geld zu sparen;
• die Produktivität der Mitarbeiter zu erhöhen;
• Geschäftsmodelle zu integrieren und anzupassen;
• bessere Geschäftsentscheidungen treffen; und
• mehr Einnahmen zu generieren.

Das Internet der Dinge (IoT) ermutigt Unternehmen, die Art und Weise zu überdenken, wie sie an ihr Geschäft herangehen, und gibt ihnen die Instrumente an die Hand, um ihre Geschäftsstrategien zu verbessern.

Im Allgemeinen kommt das Internet der Dinge am häufigsten in Produktions-, Transport- und Versorgungsunternehmen vor, die Sensoren und andere IoT-Geräte einsetzen; es gibt jedoch auch Anwendungsfälle für Unternehmen in der Landwirtschaft, der Infrastruktur und der Heimautomatisierung gefunden, was einige Unternehmen zur digitalen Transformation veranlasst hat.

IoT kann Landwirten in der Landwirtschaft zugutekommen, indem es ihnen die Arbeit erleichtert. Sensoren können Daten über Niederschlag, Feuchtigkeit, Temperatur und Nährstoffgehalt im Boden sowie andere Faktoren sammeln, die bei der Automatisierung landwirtschaftlicher Techniken helfen.

Die Fähigkeit, die Vorgänge in der Umgebung der Infrastruktur zu überwachen, ist ebenfalls ein Faktor, bei dem das Internet der Dinge helfen kann. Sensoren könnten zum Beispiel zur Überwachung von Ereignissen oder Veränderungen innerhalb von Gebäudestrukturen, Brücken und anderer Infrastruktur eingesetzt werden. Dies bringt Vorteile mit sich, wie Kostenersparnis, Zeitersparnis, Änderungen der Lebensqualität und papierlose Arbeitsabläufe.

Ein Heimautomatisierungsunternehmen kann IoT nutzen, um mechanische und elektrische Systeme in einem Gebäude zu überwachen und zu manipulieren. Auf breiterer Ebene können Smart Cities den Bürgern helfen, Abfall und Energieverbrauch zu reduzieren.

Das Internet der Dinge (IoT) betrifft alle Branchen, einschließlich des Gesundheitswesens, des Finanzwesens, des Einzelhandels und der verarbeitenden Industrie.

Vor- und Nachteile des Internet der Dinge

Zu den Vorteilen des IoT gehören:

• Das Internet der Dinge bietet die Möglichkeit, von jedem Ort und zu jeder Zeit mit jedem Gerät auf Informationen zuzugreifen.
• IoT-Technologie verbessert die Kommunikation zwischen verbundenen elektronischen Geräten.
• Die Übertragung von Datenpaketen über ein angeschlossenes Netzwerk spart Zeit und Geld spart ein.
• Aufgaben lassen sich automatisieren, was dazu beiträgt, die Qualität der Dienstleistungen eines Unternehmens zu verbessern und den Bedarf menschlicher Interventionen zu verringern.

Zu den Nachteilen des IoT gehören:

• Da die Anzahl der angeschlossenen Geräte zunimmt und mehr Informationen zwischen den Geräten ausgetauscht werden, steigt auch das Potenzial, dass ein Hacker vertrauliche Informationen stehlen kann.
• Unternehmen müssen sich mit einer großen Anzahl – vielleicht sogar Millionen – von IoT-Geräten auseinandersetzen, und das Sammeln und Verwalten der Daten von all diesen Geräten ist eine Herausforderung.
• Wenn es einen Fehler im System gibt, ist es wahrscheinlich, dass jedes angeschlossene Gerät korrumpiert wird.
• Da es keinen internationalen Kompatibilitätsstandard für das Internet der Dinge gibt, ist es für Geräte verschiedener Hersteller schwierig, miteinander zu kommunizieren.

IoT-Standards und -Frameworks

Es gibt mehrere IoT-Standards, darunter:

• IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks (6LoWPAN) ist ein offener Standard, der von der Internet Engineering Task Force (IETF) definiert wurde. Mit dem 6LoWPAN-Standard kann jedes Funkgerät mit geringer Leistung mit dem Internet kommunizieren, einschließlich 804.15.4, Bluetooth Low Energy (BLE) und Z-Wave (für die Heimautomatisierung).
• ZigBee ist ein drahtloses Netzwerk mit niedrigem Stromverbrauch und niedriger Datenrate, das hauptsächlich in industriellen Umgebungen eingesetzt wird. ZigBee basiert auf dem Standard 802.15.4 des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Die ZigBee Alliance schuf Dotdot, die universelle Sprache für IoT, die es intelligenten Objekten ermöglicht, sicher in jedem Netzwerk zu arbeiten und sich gegenseitig zu verstehen.
• LiteOS ist ein Unix-ähnliches Betriebssystem (OS) für drahtlose Sensornetzwerke. LiteOS unterstützt Smartphones, Wearables, intelligente Fertigungsanwendungen, Smart Homes und das Internet der Fahrzeuge (Internet of Vehicles, IoV). Das Betriebssystem dient auch als Entwicklungsplattform für Smart Devices.
• OneM2M ist eine Machine-to-Machine Service Layer, die in Software und Hardware eingebettet werden kann, um Geräte miteinander zu verbinden. Das globale Standardisierungsgremium OneM2M wurde gegründet, um wiederverwendbare Standards zu entwickeln, die die Kommunikation von IoT-Anwendungen über verschiedene Branchen hinweg ermöglichen.
• Data Distribution Service (DDS) wurde von der Object Management Group (OMG) entwickelt und ist ein IoT-Standard für eine skalierbare und leistungsstarke M2M-Kommunikation in Echtzeit.
• Advanced Message Queuing Protocol (AMQP) ist ein Open-Source-Standard für asynchrone Nachrichtenübermittlung. AMQP ermöglicht verschlüsselte und interoperable Nachrichtenübermittlung zwischen Organisationen und Anwendungen. Das Protokoll wird beim Client-Server-Messaging und bei der Verwaltung von IoT-Geräten verwendet.
• Constrained Application Protocol (CoAP) ist ein von der IETF entwickeltes Protokoll, das spezifiziert, wie Geräte mit niedrigem Stromverbrauch und eingeschränkter Rechenleistung im Internet der Dinge arbeiten können.
• Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) ist ein Protokoll für WANs, das riesige Netzwerke, wie zum Beispiel Smart Cities, mit Millionen von Geräten mit niedrigem Stromverbrauch unterstützen soll.

Zu den IoT-Frameworks gehören:

• Amazon Web Services (AWS) IoT ist eine von Amazon herausgegebene Cloud-Computing-Plattform für IoT. Das Framework wurde entwickelt, um Smart Devices die einfache Verbindung und sichere Interaktion mit der AWS-Cloud und anderen angeschlossenen Geräten zu ermöglichen.
• ARM Mbed IoT ist eine Plattform zur Entwicklung von Anwendungen für das Internet der Dinge auf Basis von ARM Microcontrollern. Das Ziel der Arm Mbed IoT-Plattform ist es, durch die Integration von Mbed-Tools und -Diensten eine skalierbare, verbundene und sichere Umgebung für IoT-Geräte bereitzustellen.
• Azure IoT Suite/Azure IoT Hub von Microsoft ist eine Plattform, die aus einer Reihe von Diensten besteht, die es den Benutzern erlauben, mit ihren IoT-Geräten zu interagieren und Daten von ihnen zu empfangen sowie verschiedene Operationen mit Daten durchzuführen, wie zum Beispiel mehrdimensionale Analysen, Transformation und Aggregation, und diese Operationen in einer für Unternehmen geeigneten Weise zu visualisieren.
• Calvin ist eine von Ericsson herausgegebene Open Source IoT-Plattform, die für die Erstellung und Verwaltung verteilter Anwendungen entwickelt wurde, und es Geräten ermöglicht, miteinander zu kommunizieren. Calvin enthält ein Framework für Softwareentwickler sowie eine Laufzeitumgebung für die Handhabung laufender Anwendung.

IoT-Anwendungen

Es gibt zahlreiche IoT-Anwendungen, die von der privaten Nutzung von IoT Tools bis hin zu IoT in der Fertigung und Industrie (Industrial Internet of Things, IIoT) reichen. IoT-Anwendungen erstrecken sich über zahlreiche Branchen, darunter der Automobil-, Telekommunikations- und Energiesektor.

Im Consumer-Segment können zum Beispiel Smart-Home-Lösungen, die mit intelligenten Thermostaten, intelligenten Geräten und angeschlossenen Heizungs-, Beleuchtungs- und Elektronikgeräten ausgestattet sind, über Computer und Smartphones ferngesteuert werden.

Sogenannte Wearables, zum Beispiel Smartwatches und Fitness-Tracker, mit Sensoren und Software können Benutzerdaten sammeln und analysieren und Nachrichten über die Benutzer an andere Technologien senden, mit dem Ziel, das Leben der Benutzer einfacher und komfortabler zu machen. Wearables werden auch für die öffentliche Sicherheit eingesetzt – zum Beispiel zur Verbesserung der Reaktionszeiten von Ersthelfern bei Notfällen, indem optimierte Routen zu einem bestimmten Ort bereitgestellt werden oder indem die Lebenszeichen von Bauarbeitern oder Feuerwehrleuten an lebensbedrohlichen Orten verfolgt werden.

Im Gesundheitswesen bietet das Internet der Dinge mehrere Vorteile, darunter die Möglichkeit, Patienten anhand einer Analyse der generierten Daten genauer zu überwachen. Krankenhäuser setzen IoT-Systeme häufig ein, um Aufgaben wie das Bestandsmanagement sowohl für Arzneimittel als auch für medizinische Instrumente zu erledigen.

Intelligente Gebäude (Smart Buildings) können zum Beispiel Energiekosten senken, indem Sensoren eingesetzt werden, die erkennen, wie viele Personen sich in einem Raum aufhalten. Die Temperatur kann sich automatisch anpassen, zum Beispiel die Klimaanlage einschalten, wenn Sensoren erkennen, dass ein Konferenzraum voll ist, oder die Heizung herunterdrehen, wenn alle im Büro nach Hause gegangen sind.

In der Landwirtschaft können IoT-basierte Landwirtschaftssysteme helfen, zum Beispiel Licht, Temperatur, Luft- und Bodenfeuchtigkeit von Getreidefeldern mit Unterstützung von Sensoren zu überwachen. Auch bei der Automatisierung von Bewässerungssystemen spielt das Internet der Dinge eine wichtige Rolle.

In einer Smart City können IoT-Sensoren und -Einsätze, wie zum Beispiel smarte Straßenlaternen und Zähler (Smart Meter), dazu beitragen, den Verkehr zu entlasten, Energie zu sparen, Umweltprobleme zu überwachen und zu lösen und die sanitären Verhältnisse zu verbessern.

IoT-Sicherheits- und Datenschutzprobleme

Das Internet der Dinge verbindet Milliarden von Geräten mit dem Internet und beinhaltet die Verwendung von Milliarden von Datenpunkten, die alle gesichert werden müssen. Aufgrund der erweiterten Angriffsfläche werden IoT-Sicherheit und IoT-Datenschutz als Hauptanliegen genannt.

Im Jahr 2016 wurde einer der berüchtigtsten IoT-Angriffe mit der Schadsoftware Mirai gestartet. Das Botnet infiltrierte den Domain-Name-Server-Anbieter Dyn und legt für einen längeren Zeitraum über Denial-of-Service-Angriffe (DDoS) Websites lahm. Angreifer erhielten Zugriff auf das Netzwerk, indem sie schlecht gesicherte IoT-Geräte ausnutzten.

Da IoT-Geräte eng miteinander verbunden sind, muss ein Hacker lediglich eine Sicherheitsanfälligkeit ausnutzen, um alle Daten zu manipulieren und sie unbrauchbar zu machen. Hersteller, die ihre Geräte nicht regelmäßig oder überhaupt nicht aktualisieren, sind für Cyberkriminelle anfällig.

Darüber hinaus fordern verbundene Geräte Benutzer häufig auf, ihre persönlichen Informationen einzugeben, darunter Namen, Alter, Adressen, Telefonnummern und sogar Social-Media-Konten – Informationen, die für Hacker von unschätzbarem Wert sind.

Hacker sind nicht die einzige Bedrohung für das Internet der Dinge. Datenschutz ist ein weiteres wichtiges Anliegen für IoT-Benutzer. Beispielsweise könnten Unternehmen, die IoT-Geräte für Verbraucher herstellen und vertreiben, diese Geräte verwenden, um personenbezogene Daten von Benutzern zu erhalten und zu verkaufen.

Über die Weitergabe personenbezogener Daten hinaus stellt das Internet der Dinge ein Risiko für kritische Infrastrukturen dar, einschließlich Strom, Transport und Finanzdienstleistungen.

Geschichte des Internet der Dinge

Kevin Ashton, Mitbegründer des Auto-ID Centers am Massachusetts Institute of Technology (MIT), erwähnte das Internet der Dinge zum ersten Mal in einer Präsentation, die er 1999 bei Procter & Gamble (P&G) hielt. In dem Bestreben, die Geschäftsleitung von P&G auf Radio Frequency ID (RFID) aufmerksam zu machen, nannte Ashton seine Präsentation Internet of Things, um den neuen Trend von 1999 einzubeziehen: das Internet. Das Buch des MIT-Professors Neil Gershenfeld When Things Start to Think erschien ebenfalls 1999. Es benutzte zwar nicht den genauen Begriff, bot aber eine klare Vorstellung davon, wohin sich das Internet der Dinge entwickeln würde.

Das Internet der Dinge hat sich aus der Konvergenz von drahtlosen Technologien, mikroelektromechanischen Systemen (Microelectromechanical Systems, MEMSes), Microservices und dem Internet entwickelt. Die Konvergenz hat dazu beigetragen, die Silos zwischen der operativen Technologie (Operational Technology, OT) und der Informationstechnologie (Information Technology, IT) zu beseitigen, so dass unstrukturierte maschinengenerierte Daten analysiert werden können, um Erkenntnisse für Verbesserungen zu gewinnen.

Obwohl das Internet der Dinge bei Ashton zum ersten Mal erwähnt wurde, gibt es die Idee vernetzter Geräte bereits seit den 1970er Jahren, unter den Stichworten Embedded Internet und Pervasive Computing.

Das erste Internetgerät war zum Beispiel ein Cola-Automat an der Carnegie Mellon University in den frühen 1980er Jahren. Mit Unterstützung des Internets konnten Programmierer den Status des Automaten überprüfen und feststellen, ob ein kaltes Getränk auf sie wartet, falls sie sich entschließen sollten, den Gang zum Automaten anzutreten.

IoT entwickelte sich aus der M2M-Kommunikation, das heißt Maschinen, die ohne menschliche Interaktion über ein Netzwerk miteinander verbunden waren. M2M bezieht sich darauf, ein Gerät mit der Cloud zu verbinden, es zu verwalten und Daten zu sammeln.

Um M2M auf die nächste Stufe zu heben, ist IoT ein Sensornetzwerk aus Milliarden von Smart Devices, die Menschen, Systeme und andere Anwendungen miteinander verbinden, um Daten zu sammeln und auszutauschen. Als Grundlage bietet M2M die Konnektivität, die das IoT ermöglicht.

Das Internet der Dinge ist außerdem eine natürliche Erweiterung von Überwachungssteuerung und Datenerfassung (Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA), einer Kategorie von Programmen für die Prozesssteuerung, die Erfassung von Daten in Echtzeit von entfernten Standorten aus, um Geräte und Bedingungen zu steuern. SCADA-Systeme umfassen Hardware- und Softwarekomponenten.

Die Hardware sammelt und speist Daten in einen Computer ein, auf dem SCADA-Software installiert ist, wo sie dann verarbeitet und zeitnah dargestellt werden. Die Entwicklung von SCADA ist so weit fortgeschritten, dass sich SCADA-Systeme der letzten Generation zu IoT-Systemen der ersten Generation entwickelt haben.

Das Konzept des IoT-Ökosystems kam jedoch erst Mitte 2010 richtig zur Geltung, als die chinesische Regierung teilweise erklärte, sie werde das Internet der Dinge zu einer strategischen Priorität in ihrem Fünfjahresplan machen.