Nutzen und Informationsbedarf Das Internet der Dinge vom Sensor bis zur Cloud

Die Fachmedien DESIGN&ELEKTRONIK und Markt&Technik veranstalten am 20. November 2019 zum fünften Mal die Konferenz »Internet of Things – vom Sensor bis zur Cloud«.
Die Fachmedien DESIGN&ELEKTRONIK und Markt&Technik veranstalten am 20. November 2019 zum fünften Mal die Konferenz »Internet of Things – vom Sensor bis zur Cloud«.

Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) ist einer der wesentlichen Treiber für die Digitalisierung der Wirtschaft und der Industrie. Die Anwendungen sind vielfältig, auch die zugrunde liegenden Technologien.

Aber welche Technologie passt zu welcher Anwendung, und wie sieht es mit der Sicherheit aus?

Die Vernetzung von Dingen, also von Sensoren und Aktoren als Schnittstelle zur physischen Welt, erfolgt zunehmend domänenübergreifend. Mögliche Anwendungen reichen von der Prozess- und Fabrikautomation, der Verkehrstechnik und Logistik über die Heim- und Gebäudeautomatisierung, Telehealth- und Telecare-Anwendungen, die Energie- und Versorgungstechnik (Smart Metering, Smart Grid) und Smart-City-Anwendungen bis hin zur Umwelt- und Sicherheitstechnik.
Mit diesem Vormarsch und den attraktiven Umsatzpotenzialen entwickeln sich nicht nur die Märkte rapide, sondern auch die zugrunde liegenden Technologien und Architekturen.

Vom Sensor bis zur Cloud – aber nicht direkt

Die Anbindung der Sensoren und Aktoren an die Rechner im sogenannten Back-End erfolgt typischerweise nicht direkt, sondern über Router und Gateways. Router werden natürlich überall dort eingesetzt, wo die Medien gewechselt werden, z.B. von den noch zu besprechenden drahtlosen Zugangsnetzen auf die mediengestützten Internet-Infrastrukturen. Besondere Herausforderungen ergeben sich beim sogenannten Retrofit, also der nachträglichen Ergänzung von Bestandsanlagen um Sensorik im Zielkonflikt zwischen der Nutzung bestehender Netzwerkstrukturen und der Bereitstellung paralleler Kanäle.

Edge– Cloud – Fog

Zusätzlich übernehmen diese Verbindungsknoten auch die Aufgabe einer Zwischenspeicherung, um bei Verbindungsausfall einen Informationsverlust zu vermeiden. Die Daten werden auch immer häufiger vorverarbeitet, um nicht die gesamten, oft hochaufgelösten Daten komplett ins Back-End übertragen zu müssen. Dies ist meistens nicht kosteneffizient und führt auch zu einer Überlastung der Kommunikationskanäle. Stattdessen werden z.B. nur statistische Auswertungen oder Status- und Alarmmeldungen übertragen. Der Router wird also zum Gateway mit Anwendungsfunktionalität (Layer 7).

Viele der realen Installationen sind jedoch sehr heterogen. Unterschiedliche Daten- und Managementprotokolle werden auf den jeweiligen Ebenen verwendet, Geräte unterschiedlicher Hersteller vernetzt, unterschiedliche Anwendungen verknüpft. Dies führt häufig dazu, dass es nicht nur eine, sondern mehrere Gateway-Stufen gibt. Die Informationen sind dann nicht mehr nur auf dem Edge-Rechner oder in der Cloud, sondern räumlich und zeitlich verteilt, was landläufig als Fog-Computing bezeichnet wird. Dieser Zielkonflikt zwischen Zentralität und Dezentralität gewinnt beim Einsatz von leistungsfähigen Algorithmen unter Nutzung von künstlicher Intelligenz noch einmal zusätzlich an Bedeutung.