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6 IoT-Architekturschichten und -Komponenten erklärt
Erfolgreiche IoT-Implementierungen hängen von einer spezifischen oder angepassten Architektur ab. Lernen Sie die sechs IoT-Architekturschichten und -Komponenten kennen.
Das Internet der Dinge (IoT) in Unternehmen wächst Berichten zufolge jedes Jahr um etwa 20 Prozent und betrifft praktisch alle Branchen und Organisationen. Das bedeutet, dass Technologieexperten in Unternehmen sich auf den Zustrom von IoT in ihren Umgebungen vorbereiten müssen.
Aber wie? Der erste Schritt besteht darin, den geschäftlichen Zweck des IoT in Ihrem Unternehmen zu ermitteln. Das kann die Steigerung des Umsatzes, die Senkung der Kosten, die Optimierung von Geschäftsprozessen oder einfach die Einbindung in eine allgemeine Technologiestrategie sein.
Sobald die Rolle des IoT klar ist, besteht der nächste Schritt darin, die Architektur zu entwickeln. Obwohl es keine Einheitsarchitektur gibt, ist es sinnvoll, eine allgemeine Architektur aufzubauen, die alle Komponenten umfasst, die im gesamten Unternehmen standardisiert werden können. Dann lassen sich spezifische Architekturen entwickeln, die auf die Geschäftsanforderungen zugeschnitten sind.
Und warum? Daten zeigen, dass Unternehmen mit einer IoT-Architektur deutlich erfolgreicher sind als solche ohne. Erfolgreiche Unternehmen – diejenigen, die im oberen Drittel der Unternehmen rangieren, wenn es darum geht, Geld zu sparen, neue Umsätze zu erzielen oder Geschäftsprozesse durch IoT zu verbessern – haben mit 34 Prozent höherer Wahrscheinlichkeit eine IoT-Architektur als weniger erfolgreiche Firmen.
Was ist eine IoT-Architektur?
Am besten beginnen Sie damit, die Architektur zu definieren. Grundsätzlich ist eine Architektur ein Diagramm oder Modell, das aus zwei Teilen besteht: den wichtigsten Technologiekomponenten, aus denen sie zusammengesetzt ist, und der Beziehung zwischen diesen Komponenten.
Mit anderen Worten, eine Architektur ist mehr als eine Liste notwendiger technischer Komponenten, aber sie beginnt mit dieser Liste. Sie definiert dann, wie diese Komponenten miteinander interagieren oder zusammenwirken.
Hier sind einige weitere Definitionen angebracht. Eine Technologiekomponente ist ein System, ein Gerät oder eine Software, die eine bestimmte technische Fähigkeit bereitstellt. Die Cloud ist keine Technologiekomponente, obwohl sie der Ort sein kann, an dem sich eine Technologiekomponente befindet, zum Beispiel eine Cloud-Firewall. Bei den Komponenten kann es sich um Hardware, Software oder eine Mischung aus beidem handeln, und sie können auf einer hohen Ebene (Firewall) oder einer granularen Ebene (Paketfilterung auf dem Link Layer) definiert werden. Die Definition der Komponenten auf der richtigen Ebene ist Teil der Herausforderung bei der Ausarbeitung einer Architektur. Zum Beispiel umfassen diese Komponenten in einer IoT-Architektur wahrscheinlich verbundene Geräte, Smart Devices, Sensoren und Aktoren.
Was sind die Komponenten der IoT-Architektur?
Auf einer hohen Ebene umfasst eine IoT-Architektur vier Schlüsselkomponenten (siehe Abbildung 2):
- Anwendungs- und Analysekomponente: Dieser Teil verarbeitet und zeigt die über das IoT gesammelten Informationen an. Dazu gehören Analysetools, KI und maschinelles Lernen sowie Visualisierungsfunktionen. Die Technologien für diese Komponente reichen von traditionellen Analyse- und Visualisierungspaketen wie R, IBM SPSS und SAS bis hin zu spezialisierten IoT-Tools und Dashboards von Cloud-Anbietern wie Amazon, Google, Microsoft, Oracle und IBM sowie von Anbietern von Anwendungssuiten wie SAP, Salesforce und anderen.
- Integrationskomponente: Dies ist die Komponente, die sicherstellt, dass die Anwendungen, Tools, die Sicherheit und die Infrastruktur effektiv in die bestehenden unternehmensweiten ERP- und anderen Managementsysteme integriert werden. Zu den Anbietern gehören die oben genannten Software- und Cloud-Anbieter sowie eine Reihe von Open-Source- und Middleware-Produkten, zum Beispiel Oracle Fusion Middleware, LinkSmart, Apache Kafka und DynThings Open Source IoT Platform.
- Sicherheits- und Managementkomponente: Die IoT-Sicherheit umfasst die Sicherung der physischen Komponenten des Systems über Firmware und eingebettete Sicherheitsanbieter, zu denen sowohl traditionelle Sicherheitsanbieter mit IoT-Fähigkeiten als auch IoT-spezifische Anbieter gehören. Beispiele hierfür sind Armis, Auth0, Cisco, Digicert, Forescout, Ordr, Palo Alto, Rapid7, SimpliSafe und SonicWall.
- Infrastrukturkomponente: Dazu gehören physische Geräte – intelligente Sensoren, die Informationen erfassen, und Aktoren, die die Umgebung steuern. Dazu gehört auch das Netzwerk, in dem sich die Sensoren oder Aktoren befinden. In der Regel, wenn auch nicht immer, handelt es sich dabei um ein drahtloses Netzwerk, wie zum Beispiel WLAN, Bluetooth, 4G oder 5G. Andere drahtlose Optionen sind im Kommen, darunter Long Range WAN (LoRaWAN) und Low-Power WAN (LPWAN).
Die Beziehung zwischen den Komponenten ist der zweite Teil der Architektur. Mit Beziehung zwischen meinen wir, wie die Komponenten miteinander kommunizieren und welche Art von Informationen ausgetauscht werden. Dies kann den Datenfluss, den Fluss von Metadaten, Kontrollinformationen oder auch gar keine Informationen umfassen. Softwarekomponenten kommunizieren oft über APIs, und Komponenten der Netzwerkschicht normalerweise über Netzwerkprotokolle.
Wenn wir von Schichten oder Layern sprechen, denken IT-Architekten oft in Form von Komponentenschichten, zum Beispiel einer Netzwerkschicht, Wahrnehmungsschicht, Verarbeitungsschicht, physischen Schicht, Gateway-Schicht, Plattformschicht, Geräteschicht, Geschäftsschicht, Sicherheitsschicht, Sensorschicht und so weiter.
Das Konzept einer Schicht besteht darin, dass sie eine Reihe von Fähigkeiten umfasst, die miteinander kommunizieren, aber für die Zwecke anderer Komponenten als eine einzige Einheit behandelt werden können, mit einer einzigen transparenten Einheit.
So muss beispielsweise in einer IoT-Architektur die Anwendungsschicht nicht wissen, welche Art von physischem Netzwerk die Daten überträgt. Alle Netzwerkgeräte bilden die Netzwerkschicht, die den von den Anwendungen benötigten Datenverkehr transportiert.
Was sind die 6 Schichten der IoT-Architektur?
Wir definieren die sechs Schichten der IoT-Architektur wie nachfolgend. Beachten Sie, dass sich die Schichten in einigen Fällen aus Unterschichten zusammensetzen; dies ist ein übliches Merkmal komplexer Architekturen wie der des IoT (siehe Abbildung 3):
- Physische/Geräteschicht: Dazu gehören die Sensoren, Aktoren und anderen intelligenten Geräte. Es beinhaltet angeschlossenen Geräte, die die physische Schicht und die Geräteschicht bilden. Diese intelligenten Geräte erfassen Daten (Sensoren), führen Aktionen aus (Aktoren) oder manchmal auch beides.
- Netzwerkschicht: Sie umfasst die Netzwerkgeräte sowie die Kommunikationstypen und -protokolle, zum Beispiel 5G, WLAN, Bluetooth und so weiter. Obwohl sich viele IoT-Architekturen auf allgemeine Netzwerkschichten stützen, gibt es einen zunehmenden Trend hin zu dedizierten IoT-spezifischen Netzwerken.
- Daten-/Datenbankschicht: Dazu gehört auch die Datenbank-Plattformschicht. Es gibt eine Reihe von Datenbanken, die für IoT-Architekturen verwendet werden. Viele Unternehmen verbringen eine Menge Zeit damit, die richtigen IoT-Datenbanken für sich auszuwählen und zu entwickeln.
Die physische Schicht/Geräteschicht, die Netzwerkschicht und die Daten-/Datenbankschicht bilden zusammen die bereits erwähnte Infrastrukturkomponente.
- Analyse-/Visualisierungsschicht: Diese Schicht umfasst die Analyseschicht, die Visualisierungsschicht und die Wahrnehmungsschicht. Im Wesentlichen liegt der Schwerpunkt dieser Schicht auf der Analyse der vom IoT gelieferten Daten und der Bereitstellung dieser Informationen für Benutzer und Anwendungen, damit sie einen Sinn ergeben.
- Anwendungs-/Integrationsschicht: Dies ist die Schicht der Anwendungen und Plattformen, die zusammenarbeiten, um die Funktionen der IoT-Infrastruktur für das Unternehmen bereitzustellen. Mit anderen Worten: Die Anwendungsschicht, die Plattformschicht und die Integrationsschicht sorgen für den geschäftlichen Nutzen der IoT-Infrastruktur. Die Verarbeitungsschicht und die Geschäftsschicht sind alle Teil der größeren Anwendungs-/Integrationsschicht.
- Sicherheits- und Managementschicht: Wie der Name schon sagt, umfasst diese Schicht sowohl die Sicherheitsschicht als auch die Managementschicht. Streng genommen handelt es sich nicht um eine Schicht, da sie mit allen anderen Schichten verbunden ist, um Sicherheit und Verwaltung zu gewährleisten. Aber es ist eine wichtige Komponente, die auf jeder Ebene berücksichtigt werden sollte.
Diese Schichten verlaufen von unten nach oben, wie das OSI-Modell, das die ursprüngliche Quelle des Schichtenkonzepts war.
Fazit
Fachleute aus den Bereichen Unternehmens-IT, Betriebstechnologie und IoT sollten IoT-Projekte und -Initiativen auf der Grundlage einer einheitlichen Architektur entwickeln. Das bedeutet nicht, dass Sie für jedes Projekt genau die gleichen Tools und Technologien verwenden müssen. Vielmehr sollten Sie sicherstellen, dass jede Komponente für das jeweilige Projekt richtig instanziiert ist und dass die Technologieexperten an alle Schichten gedacht haben, einschließlich der Netzwerkschicht, der Wahrnehmungsschicht, der Verarbeitungsschicht, der physischen Schicht, der Gateway-Schicht, der Plattformschicht, der Geräteschicht, der Geschäftsschicht, der Sicherheitsschicht und der Sensorschicht.
