Perspektive

Fehlende Standards bremsen das Internet der Dinge noch

25.09.15 | Autor / Redakteur: Dr. Mike Heidrich * / Franz Graser

Digitalisierung in der Fertigung – ein Anwendungsfeld des Internets der Dinge: Das Fraunhofer ESK forscht mit Partnern im Bereich industrielle Vernetzung. Ein Beispiel ist das Projekt CICS, bei dem die Produktionssteuerung in der Cloud im Mittelpunkt steht.
Digitalisierung in der Fertigung – ein Anwendungsfeld des Internets der Dinge: Das Fraunhofer ESK forscht mit Partnern im Bereich industrielle Vernetzung. Ein Beispiel ist das Projekt CICS, bei dem die Produktionssteuerung in der Cloud im Mittelpunkt steht. (Bilder: Fraunhofer ESK)

Die Umsetzung des IoT steht erst am Anfang. Zwar überschlagen sich die Marktprognosen für die kommenden Jahre. Aber vor dem Durchbruch auf breiter Front sind einige Herausforderungen zu meistern.

Es ist mehr als ein Hype oder ein Buzzword: Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) bezeichnet einen technischen Ansatz, der die Art, wie wir künftig leben und produzieren, grundlegend verändert. Die EU definiert das IoT als „die technische Vision, Objekte beliebiger Art in ein universales digitales Netz zu integrieren. Dabei haben die Objekte eine eindeutige Identität und befinden/bewegen sich in einem ‘intelligenten’ Umfeld.”

Im wissenschaftlichen Kontext findet die Definition von Rob van Kranenburg große Beachtung: Danach ist das IoT eine dynamische, weltweite Netzwerkinfrastruktur mit der Fähigkeit zur Selbst-Konfiguration, auf Basis von standardisierten und interoperablen Kommunikationsprotokollen. In dieser Infrastruktur haben physikalische und virtuelle Dinge – man muss inzwischen ergänzen: auch Services – Identitäten, physikalische Merkmale und virtuelle Persönlichkeiten. Diese Dinge verwenden intelligente Schnittstellen und sind nahtlos integriert in Informationssysteme.

Soweit die nüchterne Definition. Dagegen zeigt ein Blick auf die Einschätzungen großer Marktforschungsunternehmen die Dimension der Veränderung durch das IoT in nächster Zukunft: So prognostiziert Gartner, dass im Jahr 2020 25 Milliarden vernetzter Dinge in Gebrauch sein werden. Zum Vergleich: In diesem Jahr sollen es knapp fünf Milliarden sein. Das Marktvolumen des IoT, überwiegend bezogen auf Geräte, Konnektivität und IT-Services, schätzt IDC auf 1,7 Billionen US-Dollar im Jahr 2020. 2014 waren es noch 656 Milliarden. Das entspricht einer durchschnittlichen Wachstumsrate von 16, 9 Prozent im Jahr.

Die rasante Entwicklung hat ihren Anfang eigentlich schon in den achtziger Jahren genommen, als die RFID-Technik (radio frequency identification) aufkam. RFID-Etiketten boten erstmals die Möglichkeit, physischen Dingen auf elektronischem Weg digitale Identitäten zu geben. RFID ist jedoch eine passive Technik ohne Eigenintelligenz.

Vom Funketikett zur Vier-Ebenen-Architektur

In den frühen 2000er Jahren kamen zu RFID die Sensornetze (WSN Wireless Sensor Networks) zur Vernetzung intelligenter Sensoren. Diese erfassen Parameter in der Umgebung, etwa Luftdruck, Temperatur bis hin zu Bild-/Kamerainformationen und können erste Daten-Vorverarbeitungen übernehmen. Die Sensoren kommunizieren drahtlos und sind in der Lage, eigene Netzinfrastrukturen zu bilden. Beflügelt wurde diese Entwicklung durch die Entstehung und Ausbreitung drahtloser Kommunikationsstandards, insbesondere IEEE 802.15.4 (Low Data Rate Wireless PAN, darauf aufbauend z.B. ZigBee), IEEE 802.15.1 (High Data Rate Wireless PAN, darauf aufbauend Bluetooth) sowie IEEE 802.11 (Wireless LAN). Die Integration von Sensorik und RFID-Tags in IT-Systeme, die schnell in der Warenwirtschaft und der Logistik aufgegriffen wurde, stellt praktisch die Keimzelle des IoT dar.

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Was sich aus diesen Anfängen entwickelt hat, veranschaulicht ein Blick auf die heutige Architektur des IoT. Li Da Xu schlägt in seinem Aufsatz „Internet of Things in Industries: A Survey“ ein Vier-Ebenen-Modell (Bild unten) vor: Der Sensing Layer mit der Anbindung von Sensoren und Tags bildet die Schnittstelle zur physikalischen Welt. Hier findet die Datenerfassung statt. Hier ist aber auch die Aktorik, also der Einfluss auf die physische Welt, angesiedelt. Auf dem Networking Layer erfolgt die Vernetzung von Sensor- und Aktorsystemen.

Dies geschieht in der Regel drahtlos, allerdings werden Backbone-Netze oft über Leitungen eingebunden. Der Service Layer ist der Ort virtueller Services, die auf Dienstplattformen erzeugt und verwaltet werden wie etwa Suchmaschinen für physische Dinge. Diese Services dienen zur Erfüllung spezifischer Aufgaben, etwa Wartungsunterstützung über den gesamten Lebenszyklus. Zuletzt erlaubt der Interface Layer als Schnittstelle die Interaktion von Mensch und IoT.

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