Das Internet der Dinge (IoT = engl. "Internet of Things") bezeichnet die Vernetzung von Gegenständen bzw. Geräten durch das Internet. Geräte werden Teilnehmer eines Netzwerks, erhalten eine Identität (MAC-Adresse) und können untereinander kommunizieren.
Das IoT ist fast so alt wie das Internet selbst. Im Jahre 1990 wurde das erste Mal ein Toaster durch eine Vorstufe des Internets bedient. Damit war dieser Toaster das erste IoT Gerät, dass sich über Entfernung steuern ließ. Heute ist das IoT eine vielversprechende Technologie, insbesondere durch die fortschreitende Digitalisierung und Vernetzung der Gesellschaft. In naher Zukunft werden intelligente Sensoren und Aktoren viele unserer Alltagsaufgaben nahezu unsichtbar übernehmen.
Das IoT hat sich bereits in der Industrie und im privaten Sektor etabliert. Ob es um Smart-Home Anwendungen, Fitness-Tracker oder vernetztes Fahren geht, das IoT kann in nahezu allen Branchen und Dienstleistungen Anwendung finden. In diesem Beitrag werden grundlegende Elemente des IoT erklärt und Chancen im Rahmen der digitalen Transformation aufgezeigt.
Aktoren und Sensoren
Grundsätzlich lassen sich intelligente Sensoren (auch Smarte Sensoren genannt) und intelligente Aktoren unterscheiden. Wenn Alexa das Licht einschaltet, dann ist die WLAN fähige LED-Leuchte ein Aktor, der eine Aktion ausführt. Soll die Temperatur der Heizung abgefragt werden, so ist dazu ein Sensor nötig, der die Temperatur erfassen kann. Egal ob Aktor oder Sensor, die Geräte müssen mit dem Internet vernetzt sein.
- Sensoren liefern Daten an eine Sammelstelle (Gateway/Datenbank)
- Aktoren erhalten von einer Sammelstelle digitale Befehle und führen diese in der physikalischen Welt aus
Sensoren und Aktoren werden in der Industrie schon seit den 80er Jahren eingesetzt und haben sich durch die Automatisierung in den 90er Jahren flächendeckend etabliert. Jede automatisierte Anlage verfügt über eine Vielzahl von Sensoren und Aktoren. Jedoch wurden anfallende Daten meist nur innerhalb der Anlage genutzt und z.B. durch eine SPS (Speicher Programmierbare Steuerung) weiterverarbeitet. Das moderne IoT kennzeichnet sich dadurch, dass sich diese Informationen nun geräteübergreifend vernetzen lassen. Die Daten werden jenseits der automatisierten Anlage über ein Netzwerk weiterverarbeitet und können über PCs und mobile Endgeräte ausgewertet, visualisiert und vielseitig genutzt werden.
Die IoT Geräte werden zudem an zentrale Datenbanken angebunden, was eine dauerhafte Sicherung der Daten ermöglicht. Eine zentrale Intelligenz kann große Mengen anfallender Daten auswerten und miteinander in Beziehung setzten, um technische Systeme schneller und günstiger funktionieren zu lassen.
Aktoren und Sensoren können auch in einem smarten Gerät integriert sein, wie z.B. einem Thermostat. Das Thermostat überwacht die Temperatur des Boilers (Abbildung unten). Der Nutzer kann entweder die aktuelle Temperatur abfragen oder auch eine bestimmte Temperatur einstellen. Der Sprachassistent nimmt den Befehlt auf und sendet über WIFI eine Anfrage an das Thermostat, es möchte bitte die aktuelle Temperatur übermitteln. Der Sprachassistent empfängt die Daten und gibt die Information über die Boiler Temperatur wieder in Sprache aus. Dazu muss der Sprachassistent ebenfalls mit einer Datenbank und einer KI in der Cloud verbunden sein.
Digitalisierung
Ursache für den aktuellen Hype rund um das IoT ist die Tatsache, dass die Industrie es geschafft hat, die benötigten Komponenten für intelligente, vernetzte Geräte, günstig herzustellen. Die fortschreitende Miniaturisierung von elektronischen Komponenten wie CPUs, ICs und Schnittstellen hat diese Entwicklung unterstützt. Da Daten zunehmend nur noch digital verarbeitet werden, ist es sinnvoll, dass auch Sensoren Daten in digitaler Information liefern. So lassen sich die Daten direkt und automatisiert weiterverarbeiten und für das Unternehmen nutzen.
Die Digitalisierung ist somit ein wichtiger Befähiger für das Internet der Dinge. Durch fortschreitende Massenproduktion können die benötigten elektronischen Komponenten kostengünstig produziert und vertrieben werden. Dies ermöglicht die Integration von Schnittstellen in alltägliche Geräte wie Leuchtmittel, Uhren, Thermometer usw.
Eine weitere Voraussetzung ermöglichte die nahezu unendlich große Rechenleistung durch den Einsatz von Clouds. Durch moderne Web-Services wie SaaS (Software-as-a-Service) und Iaas (Infrastructure-as-a-Service) zahlreicher Anbieter (IBM, Google, Amazon, usw.) können Netzwerke beliebig skaliert werden und wachsen mit den Anforderungen Ihrer Kunden mit. Die Skalierbarkeit und die Bereitstellung moderner IT-Infrastruktur macht das IoT für eine breite Masse nutzbar.
IoT - Internet der Dinge
Die Sensoren und Aktoren dienen dabei als Schnittstelle zwischen der digitalen und der physischen Welt. Sie sind Augen, Ohren und Hände des Internets und ermöglichen Interaktionen mit der physischen Welt. Es lassen sich somit Daten aus der realen Welt aufnehmen, weiterverarbeiten und Aktionen ausführen.
Das IoT hat zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten im privaten und industriellen Alltag. Einer der Hauptvorteile ist die Bereitstellung der aufgenommenen Daten in Echtzeit. Die Daten müssen nicht aus den intelligenten Sensoren ausgelesen werden, sondern werden je nach Einstellung automatisch in bestimmten Zyklen geliefert. Voraussetzung dafür ist lediglich die Anbindung an das Internet. Dies kann entweder durch WIFI, ein lokales LAN oder durch den Mobilfunk erfolgen.
Industrie 4.0
Das Internet of things wird zunehmend an Bedeutung gewinnen, insbesondere auf dem Weg zur Smart Factory der Industrie 4.0. Hier ist es nötig, dass mindestens innerhalb des Unternehmens alle Daten automatisch zur Verfügung stehen.
Daten werden während des Wertschöpfungsprozesses gesammelt und durch entsprechende Software ausgewertet. So kann etwa die Temperatur eines Lötprozesses zur Qualitätssicherung überwacht werden, oder die Anzahl der auf Lager liegenden Teile. Jegliche Sensorik oder Messtechnik kann an das Internet angebunden werden.
Durch flächendeckende Digitalisierung der Unternehmen können Wertschöpfungsnetzwerke in Echtzeit simultan überwacht werden. Durch die Beseitigung von jeglichen Verzögerungen bei der Informationsübertragung erzielen Unternehmen Kostensenkungen und können schneller auf veränderte Marktgegebenheiten reagieren.
Das IoT ist eine wichtige Komponente der Digitalisierung und kann in Verbindung mit weiteren digitalen Technologien / Methoden (Künstliche Intelligenz, Blockchain, Big Data Analytics) in nahezu allen Branchen zur Optimierung von Kosten, Zeit und Qualität beitragen.