Cyber Physical Systems Das Internet der Dinge ist mehr als die Summe seiner Teile

Autor / Redakteur: Greg Fyke * / Franz Graser

Alle grundlegenden Teile, Produkte und Tools zur Entwicklung effizienter vernetzbarer Geräte sind vorhanden. Nun gilt es, diese Komponenten zum Internet der Dinge zusammenzufügen. Wege dazu zeigt der Kongress „Best Practices für das Internet of Things“ (www.iot-kongress.de).

Das IoT (Internet of Things) ist Realität, nicht nur eine Zukunftsvision. Und Entwickler können bei dieser neuen technischen Revolution dabei sein.
Das IoT (Internet of Things) ist Realität, nicht nur eine Zukunftsvision. Und Entwickler können bei dieser neuen technischen Revolution dabei sein.
(Bild: Silicon Labs)

Vor 20 Jahren hat der Technologieforscher George Gilder eine fundamentale Idee für das Wachstum des Internet in unser Bewusstsein gerückt. Sie wurde Anfang der 1980er Jahre von Bob Metcalfe formuliert, einem Miterfinder des Ethernet. Metcalfe argumentierte, dass der Nutzen eines Netzwerks proportional zum Quadrat der Anzahl der in ihm vernetzten Geräte sei (siehe Grafik).

Das Internet hat bereits zahlreiche Branchen verändert und neue Märkte hervorgebracht. In der nächsten Phase der Entwicklung ist das Web bereit, noch mehr zu tun. Branchenführer prognostizieren, dass die Zahl der an das Internet angebundenen Geräte bis 2015 auf über 15 Milliarden steigt und bis 2020 sogar ein Volumen von über 50 Milliarden Geräte erreicht.

Metcalfes Gesetz: Der Nutzen eines Netzwerks steigt proportional zum Quadrat der Geräte, die in ihm vernetzt sind. Die kritische Masse ist an dem Punkt erreicht, an dem dieser Nutzen die Kosten übersteigt.
Metcalfes Gesetz: Der Nutzen eines Netzwerks steigt proportional zum Quadrat der Geräte, die in ihm vernetzt sind. Die kritische Masse ist an dem Punkt erreicht, an dem dieser Nutzen die Kosten übersteigt.
(Grafik: Silicon Labs)

Diese neue Phase trägt zur Verbreitung des IoT (Internet of Things) bei. Bei den meisten vernetzten Geräten wird es sich nicht um herkömmliche PCs, Server oder Smartphones handeln, sondern um wesentlich kleinere und preiswertere Embedded-Geräte mit nur einer Funktion. Das Gesetz von Metcalfe wird den Geräten ermöglichen, einen wesentlich größeren Nutzen zu bieten als dies ohne Anbindung der Geräte an das Internet möglich wäre.

Beim Großteil der vernetzten Geräte für das IoT handelt es sich um Knoten am sogenannten „letzten Zentimeter“ des Netzwerks. Während man Mikrocontroller (MCUs) als programmierbare Gehirne des IoT verwendet, dienen Embedded-Sensoren und Aktoren als virtuelle Augen, Ohren und Finger, die Temperaturen, Luftfeuchte, Licht, physikalische Eingriffe und andere Umweltsituationen überwachen und auf Änderungen reagieren.

Machine-to-Machine-Konnektivität (M2M) statt kontinuierlicher Interaktionen durch den Endanwender ist entscheidend für die IoT-Architektur. Um etwa zu erfahren, ob die Klimaanlage trotz offener Fenster eingeschaltet ist, möchten Endanwender nicht 50 oder mehr Sensoren überwachen, die im ganzen Haus verteilt sind. Stattdessen würden es Endanwender vorziehen, von der Klimaanlage selbst alarmiert zu werden. Die verteilte Intelligenz des IoT kann dieses Leistungsvermögen freisetzen, indem die vielen virtuellen Verbindungen zwischen Geräten genutzt werden, um Daten in Echtzeit bereit zu stellen. Vernetzte Geräte können in unserem Sinne autonom agieren.

Dies kann über die direkte Kommunikation miteinander, die Interaktion mit einem „klugen“ Gateway oder dem Zusammenspiel mit der Cloud geschehen. Die Geräte lassen sich auch von Endanwendern über Smartphones, Tablets und PCs, ja sogar über Geräteschnittstellen, steuern.

Die intelligente Verbrauchsmessung (Smart Metering) repräsentiert ein Paradebeispiel einer High-Profile-IoT-Applikation. Statt einfach den Energieverbrauch zu messen, können Versorgungsunternehmen mit klugen Energiezählern mit ihren Kunden fast in Echtzeit kommunizieren und über sogenannte Opt-In-Programme große Lasten wie etwa Klimaanlagen während Zeiten des Spitzenbedarfs abschalten.

Intelligente Verbrauchszähler sind nur ein Aspekt des aufkommenden Smart Homes. Die Verfügbarkeit von nur wenigen Sensoren, zum Beispiel für Temperatur, Bewegung, Luftfeuchte, Licht- oder Glasbruch, ermöglicht ein leistungsfähiges Mesh-Netzwerk, das die Fähigkeiten aller angeschlossenen Geräte erweitert.

Der Einfluss des Gesetzes von Metcalfe zeigt sich bei Geräten, die alleine nicht effizient sind und erst durch die Nutzung einer vorhandenen Infrastruktur zu einem enormen Mehrwert führen können. Ein Beispiel ist die Reduzierung des Standby-Stromes in Haushalten und Unternehmen. Experten schätzen den Energieverbrauch im Haushalt, verursacht durch Standby-Ströme, auf sieben bis 15 Prozent des Gesamtverbrauchs.

Die Schlagkraft von Metcalfes Gesetz bedeutet Möglichkeiten für Unternehmen in allen Branchen. Ein im Bereich Sicherheit aktives Unternehmen könnte es zum Beispiel als schwierig ansehen, in die Märkte für Beleuchtung und Heimautomatisierung vorzudringen. Statt dessen könnte das Unternehmen eine Partnerschaft mit etablierten Herstellern von Beleuchtungen und Heimautomatisierungslösungen eingehen, um Dienste mit einem Zusatznutzen zu entwickeln.

Dies ist die Schlagkraft eines Ökosystems. Das IoT ermöglicht es Lieferanten von Elektronkkomponenten, Software-Herstellern, OEMs und Service-Providern, sich auf ihre Kernkompetenzen zu konzentrieren und die Stärken von Partnerschaften zu nutzen, um überzeugende Applikationen für Endanwender zu entwickeln.

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