Das IoT und Konnektivität We Are the Internet of Things

Die Mitglieder des embedded world Conference steering boards geben in der DESIGN&ELEKTRONIK Einblicke in die von ihnen verantworteten Themenbereiche. Im Folgenden berichtet Prof. Dr.-Ing. Axel Sikora über die Themen Connectivity, IoT und embedded Vision.

Die Vernetzung von Anwendungen und Anwendern hat in den letzten zwei Jahrzehnten ein immenses Ausmaß angenommen. Praktisch alle Anwendungsfelder der Automatisierungstechnik sind von dem zunehmenden Trend der Vernetzung betroffen, was diesen zu einem sogenannten Mega­trend werden lässt. Immer mehr Anwendungen und Geräte werden vernetzt, in der Heim- und Gebäudeautomatisierung, in der Industrie- und der Prozessautomation, in der Fahrzeug- und Verkehrstechnik, in der Logistik, in der Sicherheitstechnik, in der Energietechnik sowohl im Bereich der Erzeugung und der Verteilung, als auch der Verbrauchserfassung (Smart Grid, Smart Metering) oder in der Medizintechnik (Telehealth, Telecare). 

Die maßgebliche Motivation für diesen Trend besteht darin, dass entweder in der gesamten vernetzten Anwendung die Effizienz gesteigert und Kosten gespart werden können oder dass neue Anwendungen, Geschäfts- oder Dienstleistungsmodelle überhaupt erst möglich werden. 

Connectivity 
 
Auch wenn in den letzten Jahren und Jahrzehnten viele standardisierte Lösungen für die lokale Vernetzung bereitgestellt wurden, besteht hier immer noch Informations- und Entwicklungsbedarf. Insbesondere im Bereich der drahtlosen Kommunikation sind noch deutliche Technologiesprünge zu verzeichnen. 

So ist beispielsweise die Kategorie der sogenannten Low-Power-Wide-Area-Netzwerke (LPWA oder LPWAN) erst seit zwei, drei Jahren entstanden und entwickelt sich rapide.

Die Standardisierung der schmalbandigen Lösungen für den zellularen Mobilfunk ist in 2016 für die vierte Generation verabschiedet worden (LTE-Machine Type Communication, LTE-MTC). Die Arbeiten für die Narrowband-IoT-Lösungen (NB-IoT) von 5G sind in vollem Gange. Aber auch im Bereich der drahtgebundenen Kommunikation sind interessante Entwicklungen zu beobachten. Insbesondere die Time-Synchronized-Network (TSN)-Erweiterungen des Ethernet-Standards, deren Standardisierung gegenwärtig abgeschlossen wird, stellen eine neue und übergreifende Möglichkeit der echtzeitfähigen Kommunikation dar. 

Internet of Things 

Über diese Entwicklungen der lokalen Vernetzung hat in den letzten Jahren ein wesentlicher Wandel in den Paradigmen vom lokalen Datennetzwerk hin zum Internet der Dinge stattgefunden. Werden nun die lokalen Netzwerke und Anwendungen in größerem Maße mit den Diensten des Internets verbunden, so ergeben sich nicht nur gänzlich neue Möglichkeiten, sondern auch neue Herausforderungen: 

Die lokalen Anwendungen können nun auf quasi unendliche Rechenleistung und Speicherkapazität in den internet-basierten Rechenzentren zugreifen. Datenspeicherung und Datenanalyse können in die Cloud verlagert werden. Damit werden Anwendungen aus dem Umfeld von Big Data und Data-Mining ermöglicht.

Die Möglichkeit, rechenaufwändige oder speicherintensive Algorithmen der Signalverarbeitung durchzuführen erlaubt eine deutlich weiterreichende Analyse von Daten. Langzeit- und Trendanalysen werden möglich, beispielsweise für das Erlernen von Nutzergewohnheiten.

Daten aus einer Anwendungsdomäne können mit Daten aus anderen Domänen verknüpft werden. So kann beispielsweise eine Heizungssteuerung auf die Daten eines Wetterdienstes zugreifen, um auf diese Weise auch prädiktiv agieren zu können, Fahrzeugdaten werden an eine Versicherung übertragen, um die Versicherungsprämien an die Fahrcharakteristiken anzupassen, Daten von dezentralem Energieverbrauch und -erzeugung werden mit den Regelungsalgorithmen nicht nur des Energieversorgers ausgetauscht, sondern auch mit den Anwendungen der Heimautomatisierung und den Ladealgorithmen des Elektrofahrzeugs abgeglichen.

Mit der Ankopplung an öffentliche Netze steigt aber auch die Notwendigkeit, die eingebetteten und industriellen Netzwerke und die dahinter liegenden unter Umständen kritischen Anwendungen abzusichern. Das Thema der Embedded Security ist von zentraler Bedeutung, sowohl zur Gewährleistung der eigentlichen Datenschutzziele (Security), wie der Vertraulichkeit, der Authentisierung und der Integrität als auch zur Gewährleistung der funktionalen Sicherheit (Safety).


Aufgrund der Bedeutung dieses Themengebiets wird jedoch auf der Embedded World Conference ein getrennter Security-Track angeboten. Zusätzliche wird eine Podiumsdiskussion »Safe for the Future« auf der Sonderfläche »Safety und Security« für weitere Impulse sorgen.

Embedded Vision 

Ein weiteres Megathema, das die Embedded-Branche zukünftig wesentlich bereichern wird, bildet sich seit einigen Jahren heraus: Embedded-Vision - kleine, integrierte und smarte Bildverarbeitungssysteme, die direkt in Maschinen oder Geräte eingebettet sind.

Lange Jahre waren die sogenannten Computer-Vision-Anwendungen der automatisierten Bilderkennung und -auswertung PC-Plattformen vorbehalten. Mit der Bereitstellung immer leistungsfähiger Embedded-Prozessoren entstand die Möglichkeit, diese Anwendungen direkt am Ort der Bildaufnahme und -erkennung auszuführen. Damit und auch mit immer günstigeren und kompakteren Kamerasystemen können somit die Kosten für solche Systeme wesentlich reduziert werden.

In der Folge können immer mehr Systeme mit automatisierter Bilderkennung und -auswertung ausgestattet werden, für die dieses bislang aus Kostengründen nicht möglich war. In diesem Umfeld, in dem nun zwei Welten miteinander zusammen geführt werden, sind aber nun viele hochinteressante und neue Themen zu entwickeln und zu diskutieren. Hierzu zählen neben den technischen Migrations- und Integrationsaufgaben auch die Softwareunterstützung, sowie die Aspekte der Standardisierung, wie beispielsweise in Bezug auf die Kameraschnittstellen. 

Resumee 

In Zusammenarbeit mit der Fachabteilung Industrielle Bildverarbeitung IBV des Fachverbands Robotik + Automation beim VDMA Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V. wird sowohl ein Track »Embedded Vision« auf der Embedded World Conference als auch eine Podiumsdiskussion zum Thema »Migration - from PC to Embedded & from Embedded to Vision« angeboten. Damit wird die viel versprechende Zusammenarbeit, die im Jahr 2017 begonnen wurde, zielgerichtet weiterentwickelt.