Was ist das Internet der Dinge (IoT) – Definition

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Was ist IoT?

Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) ist ein System miteinander verbundener Datenverarbeitungsgeräte, mechanischer und digitaler Maschinen, Objekte, Tiere oder Menschen, die mit eindeutigen Identifikatoren (UIDs) und der Fähigkeit ausgestattet sind, Daten über ein Netzwerk zu übertragen, ohne dass eine Interaktion von Mensch zu Mensch oder von Mensch zu Computer erforderlich ist.

Ein Bestandteil des Internet der Dinge kann eine Person mit einem Herzmonitor-Implantat sein, ein Nutztier mit einem Biochip-Transponder, ein Auto mit eingebauten Sensoren, die den Fahrer bei zu niedrigem Reifendruck warnen, oder jedes andere natürliche oder von Menschenhand geschaffene Objekt, dem eine IP-Adresse (Internet Protocol) zugewiesen werden kann und das in der Lage ist, Daten über ein Netzwerk zu übertragen.

Unternehmen in einer Vielzahl von Branchen setzen IoT zunehmend ein, um effizienter zu arbeiten, die Kunden besser zu verstehen, einen besseren Kundenservice zu bieten, die Entscheidungsfindung zu verbessern und so den Wert des Unternehmens zu steigern.

Wie funktioniert das Internet der Dinge?

Ein IoT-Ökosystem besteht aus internetfähigen, intelligenten Geräten, die eingebettete Systeme, wie z.B. Prozessoren, Sensoren und Kommunikationshardware, nutzen, um aus ihrer Umgebung gewonnene Daten 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 Peripheriegerät 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 meisten Vorgänge ohne menschliches Zutun, 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 internetfähigen Geräten verwendet werden, hängen weitgehend von den spezifischen IoT-Anwendungen ab, welche zum Einsatz kommen. Das IoT kann sich auch der künstlichen Intelligenz (KI) und des maschinellen Lernens bedienen, um Datenerhebungsprozesse einfacher und dynamischer zu gestalten.

Warum IoT wichtig 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.

Das Internet der Dinge 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 das Internet der Dinge schon jetzt eine wichtige Technologie des täglichen Lebens, und sie wird weiter an Fahrt gewinnen, da immer mehr Unternehmen das Potenzial vernetzter Geräte erkennen, um wettbewerbsfähig zu bleiben.

Vorteile von IoT für Unternehmen

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

  • ihre gesamten Geschäftsprozesse zu überwachen
  • die Kundenerfahrung zu verbessern (User Experience, UX)
  • Zeit und Geld zu sparen
  • die Produktivität der Mitarbeiter zu erhöhen
  • Geschäftsmodelle zu integrieren und anzupassen
  • bessere Geschäftsentscheidungen treffen
  • 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 IoT am häufigsten in Produktions-, Transport- und Versorgungsunternehmen zum Einsatz, die Sensoren und andere IoT-Geräte verwenden.

Das Internet der Dinge in der Landwirtschaft.

IoT kann helfen Prozesse in der Landwirtschaft zu optimieren.

Es hat 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 zugute kommen, indem es ihnen die Arbeit erleichtert. Sensoren können Daten über Niederschlag, Feuchtigkeit, Temperatur und Bodengehalt sowie andere Faktoren sammeln, die bei der Automatisierung landwirtschaftlicher Techniken helfen können.

Die Fähigkeit, Vorgänge rund um die Infrastruktur zu überwachen, ist ebenfalls ein Faktor, bei dem das IoT helfen kann. Sensoren könnten z.B. zur Überwachung von Ereignissen oder Veränderungen innerhalb struktureller Gebäude, Brücken und anderer Infrastruktur eingesetzt werden. Dies bringt Vorteile mit sich, wie Kostenersparnis, Zeitersparnis, Änderungen der Lebensqualität und papierlose Arbeitsabläufe.

Ein Unternehmen im Bereich der Heimautomatisierung kann IoT zur Überwachung und Manipulation mechanischer und elektrischer Systeme in einem Gebäude einsetzen. Auf breiterer Ebene können intelligente Städte 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 unter anderem die folgenden:

  • die Möglichkeit, von jedem Ort und zu jeder Zeit mit jedem Gerät auf Informationen zuzugreifen
  • verbesserte Kommunikation zwischen verbundenen elektronischen Geräten
  • die Übertragung von Datenpaketen über ein angeschlossenes Netzwerk, was Zeit und Geld spart
  • die Automatisierung von Aufgaben, die dazu beitragen, die Qualität der Dienstleistungen eines Unternehmens zu verbessern und den Bedarf an menschlicher Interaktion zu verringern

Zu den Nachteilen des IoT gehören die folgenden:

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

IoT-Standards und Frameworks

Was für IoT-Standards gibt es?

  • IPv6 über 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 Heimautomation).

  • 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 (IoV). Das Betriebssystem dient auch als Entwicklungsplattform für intelligente Geräte.

  • OneM2M ist ein 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 vertikale Ebenen 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 offener, veröffentlichter Standard für asynchrone Nachrichtenübermittlung per Leitung. 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 z.B. intelligente Städte, mit Millionen von Geräten mit niedrigem Stromverbrauch unterstützen soll, indem das Internet der Dinge alle Abläufe optimiert.
Das System Stadt kann mit IoT optimiert werden.

In einer Smart City optimieren Millionen Sensoren die verschiedensten Abläufe des Alltags.

Welche IoT-Frameworks gibt es?

  • Amazon Web Services (AWS) IoT ist eine von Amazon herausgegebene Cloud-Computing-Plattform für IoT. Dieses Framework wurde entwickelt, um intelligenten Geräten die einfache Verbindung und sichere Interaktion mit der AWS-Cloud und anderen angeschlossenen Geräten zu ermöglichen.

    Anfänger mit IoT von Amazon Web Services finden hier einen guten Startpunk.

  • Arm Mbed IoT ist eine Plattform zur Entwicklung von Anwendungen für IoT auf der Basis von Arm-Mikrocontrollern. 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.

    Hier gibt es eine genaue Einführung zu ARM Mbed für interessierte Einsteiger.

  • Azure IoT-Suite von Microsoft ist eine Plattform, die aus einer Reihe von Diensten besteht, die es den Benutzern ermöglichen, mit ihren IoT-Geräten zu interagieren und Daten von ihnen zu empfangen sowie verschiedene Operationen mit Daten durchzuführen. Dazu zählen z.B. mehrdimensionale Analyse, Transformation und Aggregation, und diese Operationen in einer für Unternehmen geeigneten Weise zu visualisieren.

    Weitere Informationen zur Microsoft Azure IoT Suite.

  • Brillo/Weave von Google ist eine Plattform für die schnelle Implementierung von IoT-Anwendungen. Die Plattform besteht aus zwei Haupt-Backbones: Brillo, ein Android-basiertes Betriebssystem für die Entwicklung von eingebetteten Geräten mit geringem Stromverbrauch, und Weave, ein IoT-orientiertes Kommunikationsprotokoll, das als Kommunikationssprache zwischen dem Gerät und der Cloud dient.

    Hier gibt es mehr zu Andoid Things und IoT von Google.

  • Calvin ist eine von Ericsson herausgegebene Open-Source-IoT-Plattform, die für die Erstellung und Verwaltung verteilter Anwendungen entwickelt wurde, die es Geräten ermöglichen, miteinander zu kommunizieren. Calvin enthält ein Entwicklungsframework für Anwendungsentwickler sowie eine Runtime-Umgebung für die Handhabung der laufenden Anwendung.

    Hier gibt es die Calvin Entwicklungsumgebung auf GitHub zum Download.

IoT-Anwendungen für Verbraucher und Unternehmen

Es gibt zahlreiche Anwendungen des Internets der Dinge in der realen Welt, die von IoT für Verbraucher und Unternehmen bis hin zu IoT in der Fertigung und Industrie (IIoT) reichen. IoT-Anwendungen erstrecken sich über zahlreiche Branchen, darunter Automobil, Telekommunikation und Energie.

Ein Smart Home kann theoretisch komplett per Smartphone gesteuert werden.

In einem Smart Home lassen sich möglichst viele Geräte vernetzen.

Im Verbrauchersegment können zum Beispiel intelligente Häuser (Smart Homes), die mit intelligenten Thermostaten, intelligenten Geräten und angeschlossenen Heizungs-, Beleuchtungs- und Elektronikgeräten ausgestattet sind, über Computer und Smartphones ferngesteuert werden.

Tragbare Geräte 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.

Tragbare Geräte 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 IoT viele Vorteile, darunter die Möglichkeit, Patienten anhand einer Analyse der generierten Daten genauer zu überwachen. Krankenhäuser setzen IoT-Systeme häufig ein, um Aufgaben wie die Bestandsverwaltung sowohl für Arzneimittel als auch für medizinische Instrumente zu erledigen.

Intelligente Gebäude können z.B. Energiekosten senken, indem Sensoren eingesetzt werden, die erkennen, wie viele Personen sich in einem Raum aufhalten. Die Temperatur kann sich automatisch anpassen – z.B. 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 intelligente Landwirtschaftssysteme dabei helfen, z.B. Licht, Temperatur, Feuchtigkeit und Bodenfeuchtigkeit von Getreidefeldern mit Hilfe angeschlossener Sensoren zu überwachen. Auch bei der Automatisierung von Bewässerungssystemen spielt das IoT eine wichtige Rolle.

In einer intelligenten Stadt (Smart CIty) können IoT-Sensoren und -Einsätze, wie z.B. intelligente Straßenlaternen und intelligente Zähler, dazu beitragen, den Verkehr zu entlasten, Energie zu sparen, Umweltprobleme zu überwachen und zu lösen und die sanitären Verhältnisse zu verbessern.

IoT-Sicherheit und Datenschutz

Das Internet der Dinge verbindet Milliarden von Geräten mit dem Internet und erfordert die Nutzung von Milliarden von Datenpunkten, die alle gesichert werden müssen. Aufgrund seiner erweiterten Angriffsfläche werden IoT-Sicherheit und IoT-Privatsphäre als Hauptprobleme genannt.

Im Jahr 2016 war einer der berüchtigtsten IoT-Angriffe Mirai, ein Botnet, das den Domainname-Server-Provider Dyn infiltrierte und in einem der größten verteilten Denial-of-Service (DDoS)-Angriffe, die es je gab, viele Websites für einen längeren Zeitraum lahm legte. Die Angreifer verschafften sich Zugang zum Netzwerk, indem sie schlecht gesicherte IoT-Geräte ausnutzten.

Da die IoT-Geräte eng miteinander verbunden sind, muss ein Hacker nur eine Schwachstelle ausnutzen, um alle Daten zu manipulieren und unbrauchbar zu machen. Hersteller, die ihre Geräte nicht regelmäßig – oder überhaupt nicht – aktualisieren, machen sie für Cyberkriminelle anfällig. Darüber hinaus fordern angeschlossene Geräte die Benutzer oft auf, ihre persönlichen Daten einzugeben, einschließlich Namen, Alter, Adressen, Telefonnummern und sogar Konten in sozialen Netzwerken – Informationen, die für Hacker von unschätzbarem Wert sind.

Hacker sind nicht die einzige Bedrohung für das Internet der Dinge; die Privatsphäre ist ein weiteres wichtiges Anliegen der IoT-Nutzer. Beispielsweise könnten Unternehmen, die IoT-Geräte für Verbraucher herstellen und vertreiben, diese Geräte nutzen, um persönliche Daten der Nutzer zu erhalten und zu verkaufen. Über die Weitergabe persönlicher Daten hinaus stellt das Internet der Dinge auch eine Gefahr für kritische Infrastrukturen wie Elektrizität, Transport und Finanzdienstleistungen dar.

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 vor Procter & Gamble (P&G) hielt. In dem Bestreben, die Geschäftsleitung von P&G auf die Radiofrequenz-Identifikation (RFID) aufmerksam zu machen, nannte Ashton seine Präsentation „Internet of Things“, um den coolen neuen Trend von 1999 einzubeziehen: das Internet.

Das Buch von MIT-Professor Neil Gershenfeld, „When Things Start to Think“, erschien ebenfalls 1999. Es benutzte nicht den genauen Begriff, bot aber eine klare Vorstellung davon, wohin sich das IoT entwickeln würde. Das Internet der Dinge hat sich aus der Konvergenz von drahtlosen Technologien, mikroelektromechanischen Systemen (MEMSes), Mikrodiensten und dem Internet entwickelt.

Diese Konvergenz hat dazu beigetragen, die Grenzen zwischen der operativen Technologie (OT) und der Informationstechnologie (IT) zu überwinden, 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 Hilfe des Internets konnten Programmierer den Status des Automaten überprüfen und feststellen, ob ein kaltes Getränk auf sie warten würde, falls sie sich entschließen sollten, die Reise zum Automaten anzutreten. Das Internet der Dinge entwickelte sich aus der M2M-Kommunikation, d.h. 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 intelligenten Geräten, 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 auch eine natürliche Erweiterung der Überwachungssteuerung und Datenerfassung (SCADA), einer Kategorie von Software-Anwendungsprogrammen 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.

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Carsten Hack ist begeisterter Hobby-Bastler auf vielen Gebieten und Autor von e-hack.de. Seine Erfahrung und Expertise schreibt er in informativen Beschreibungen verschiedener elektrischer Bauteile nieder und gibt Tipps zu allen Fragen der Beleuchtung und LED-Leuchtmitteln.

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