Die 4 Elemente eines IoT-Ökosystems

Die zwei Hauptkomponenten von IoT werden schon durch den Namen verraten. Things sind Objekte/Endgeräte, die durch an die zweite Hauptkomponente Internet intelligent kommunizieren können. Dies klingt erstmal einfach, jedoch setzen sich diese Hauptkomponenten aus diversen Elementen zusammen, die aufeinander abgestimmt werden müssen, um reibungslose Kompatibilität zu ermöglichen. Zudem ist die Bezeichnung Internet etwas irreführend, da viele Kommunikationsprotokolle, die fester Bestandteil des IoT Ökosystems sind, nicht zwingend mit dem Internet verbunden sein müssen. 

Wir erläutern Ihnen die wichtigsten Hardwarekomponenten, Schnittstellen und Kommunikationstechnologien, die das IoT Ökosystem aufrechterhalten.

1: Endgeräte (“Things”)

Dies ist die erste Ebene in der Netzwerkhierarchie und bildet das Rückgrat eines IoT-Ökosystems. Daten sind für das IoT unverzichtbar, und Sensoren sind ein wichtiger Faktor, um die Genauigkeit und Glaubwürdigkeit der Daten zu gewährleisten. Diese Endgeräte fungieren entweder als Sensoren und Aktoren.

Sensoren

Sensoren werden weitaus häufiger eingesetzt als Aktoren. Sie sammeln Daten und beobachten selbst die kleinsten Veränderungen in ihrer Umgebung. Ein mit einem Sensor ausgestattetes IoT-Gerät kann der Cloud in festgelegten Intervallen genaue Echtzeitdaten liefern. Buchstäblich jede Art von Sensor kann in ein IoT-fähiges Gerät verwandelt werden, und heutzutage gibt es Sensoren, die fast alles messen können. Selbst ein Smartphone kann als IoT-fähiges Gerät mit Sensoren betrachtet werden, da es mit einem Netzwerk verbunden ist und über Sensoren wie Neigungssensoren, Kameras, Bewegungssensoren, Fingerabdruckleser und GPS verfügt. Hier erfahren Sie mehr über die wichtigsten Sensoren im IoT-Bereich.

Einige Faktoren, die bei der Auswahl eines Sensors für ein IoT-Gerät, das demnächst eingesetzt werden soll, zu berücksichtigen sind, sind: Die Genauigkeit, das Umfeld, die Zuverlässigkeit der Ergebnisse, die Auflösung der gesammelten Daten und die Fähigkeit, mit Störungen umzugehen, z. B. mit Lärm oder Umgebungsbedingungen, die die Daten manipulieren können.

Aktoren

Aktoren sind das Gegenstück zu Sensoren. Während Sensoren meist Daten an die Cloud des IoT-Ökosystems übermitteln, empfangen Aktoren Daten oder Befehle, die sie zur Durchführung einer bestimmten Aktion verwenden. Nicht alle IoT-Ökosysteme enthalten Aktoren, da viele IoT-Netzwerke eine passive Funktion erfüllen, indem sie einfach große Datenmengen sammeln, die für fundierte Unternehmensentscheidungen verwendet werden. 

Viele Endgeräte verwenden sowohl Sensoren, als auch Aktoren. Wenn man eine Drohne auf einer vorprogrammierten Strecke fliegen lässt, um zum Beispiel den Fortschritt an einer Baustelle zu überwachen, fungieren Höhenruder, Querruder, Klappen und Bugrad als Aktoren, während die Kamerasensoren und Lidarsensoren wichtige Daten erfassen.

2: Konnektivität

IoT ist ein Netzwerk mit Geräten, Sensoren, einer Cloud und Aktoren, die alle miteinander verbunden sein müssen, um Daten entschlüsseln und folglich eine Aktion durchführen zu können. Die Konnektivität ist das zweite Puzzlestück im Ökosystem, welches den Informationsaustausch zwischen anderen Komponenten ermöglicht. Die Konnektivität ist die Brücke zwischen der Erstellung der Daten (Endgeräte) und der Nutzung/Auswertung dieser Daten. Die wichtigste Entscheidung bzgl. Konnektivität ist die Wahl eines Netzwerkprotokolles unter Berücksichtigung des Projektumfangs. Nachdem man sich für ein Netzwerkprotokoll entschieden hat, muss man kompatible Gateways finden, die über dieses Protokoll kommunizieren können und so den Datentransport ermöglichen.

Gateways

Eingehende Rohdaten von den Sensoren müssen Gateways passieren, um die Cloud zu erreichen. Die Gateways übersetzen die Netzwerkprotokolle und sorgen so für eine nahtlose Kommunikation zwischen allen Geräten im Netzwerk. Dies macht die Gateways im Wesentlichen zu einem entscheidenden Kommunikationspunkt und ist für die einfache Verwaltung des Datenverkehrs verantwortlich.

Ein Gateway bietet auch zusätzliche Sicherheit, indem er das System vor unbefugtem Zugriff und bösartigen Angriffen schützt, da Daten, die den Gateway passieren, verschlüsselt werden können. Diese Segmentierung eines Netzwerkes ermöglicht Schadensbegrenzung. Wenn ein Segment des Netzwerkes (zum Beispiel ein einzelner Sensor) gehackt wird, kann eine Infiltration des gesamten IoT-Systems verhindert werden.

Netzwerkprotokolle

Sobald die Daten von den Sensoren erfasst worden sind, benötigen sie ein Medium für den Transport. Es ist ein Kommunikationskanal zwischen den Sensoren und der Cloud erforderlich. IoT-Protokolle beinhalten eine unsichtbare Sprache, die es physischen Objekten ermöglicht, miteinander zu kommunizieren. Es gibt kein perfektes Kommunikationsprotokoll, das für alle IoT-Anwendungen geeignet ist, aber es gibt für jeden Usecase eine optimale Lösung. Die Wahl des Protokolls hängt von Faktoren wie Stromverbrauch, Geschwindigkeit der Datenübertragung, Reichweite, Bandbreite und Gesamteffizienz ab.

3: Die Cloud

Sobald die Daten gesammelt und in die Cloud übertragen wurden, müssen sie verarbeitet werden. Die Cloud ist der Ort, an dem die intelligente Analyse stattfindet. Sie verarbeitet die Daten, speichert sie und trifft Entscheidungen, die letztendlich über Erfolg oder Misserfolg eines Geschäfts entscheiden können. All dies wird für riesige Datenmengen in weniger als einer Millisekunde erledigt – die Zeit ist entscheidend, denn insbesondere bei kritischen Belangen wie Gesundheit und Sicherheit darf die Latenzzeit nicht beeinträchtigt werden.

Da der Hauptzweck von IoT-Lösungen darin besteht, Informationen in Echtzeit bereitzustellen und darauf zu reagieren, muss es eine Komponente geben, die in der Lage ist, enorme Datenmengen zu verarbeiten, um dem zeitkritischen Charakter des IoT-Modells gerecht zu werden. An dieser Stelle kommen Cloud-Systeme ins Spiel. Sie bilden das Gehirn des IoT-Ökosystems, da sie in der Regel für die Verarbeitung, Steuerung oder Analyse der gesammelten Daten verantwortlich sind. Geräte, Protokolle, Gateways und Speicher werden für eine effiziente Echtzeit-Datenanalyse kombiniert.

Obwohl die Cloud für das IoT nicht unbedingt erforderlich ist, da die lokale Verarbeitung mit Edge-Computing ebenfalls eine Option ist, kann die Cloud als Hochleistungseinrichtung, die massive Skalierbarkeit und geringere Betriebskosten bietet, bevorzugt werden. Edge-Computing hingegen wird bevorzugt, wenn große Datenmengen vor Ort verarbeitet und gespeichert werden müssen. In den vergangenen Jahren wurden im Bereich künstlicher Intelligenz und neuronalen Netzwerken wichtige Meilensteine erreicht, die das Potenzial und den Mehrwert von IoT-Systemen weiters erhöht.

4: Benutzeroberflächen

Die Benutzeroberfläche ist die sichtbare Komponente, die für den IoT-Benutzer leicht zugänglich ist und von ihm kontrolliert wird. Hier kann der Benutzer das System steuern und seine Präferenzen festlegen. Je benutzerfreundlicher diese Komponente des IoT-Ökosystems ist, desto einfacher ist die Interaktion für den Benutzer.

Ein Benutzer kann mit dem System über das Gerät selbst interagieren oder diese Interaktion kann aus der Ferne über Smartphones, Tablets und Laptops erfolgen. Intelligente Smarthome-Produkte für Privatverbraucher wie Google Home ermöglichen es dem Benutzer ebenfalls, mit seinen „Dingen“ zu kommunizieren. Berührungsschnittstellen, Verwendung von Farben, Schriftart, Sprache und mehr sind einige der Faktoren, die hier eine Rolle spielen. Ein attraktives Design ist zwar notwendig, aber die Schnittstelle sollte so benutzerfreundlich sein, dass der Benutzer keine Schwierigkeiten hat.

Im B2B-Bereich bieten diverse Cloud-Anbieter ganzheitliche Lösungen an. Sie stellen Endgeräte, Cloud-Speicherplatz, Kommunikationsprotokolle und benutzerfreundliche Oberflächen als Komplettpaket bereit. Diese werden oft als Software-as-Service (SaaS)-Modell vermarktet, wobei man z. B. basierend auf die Datenmenge, der Anzahl der Endgeräte oder monatlich bezahlt.