IoT – Internet der Dinge

In der Tat könnte das IoT zur Lösung zahlreicher Probleme in zwei Hauptbereichen beitragen: Energie und Gesundheitswesen. Einige Beispiele:

• Viele Gebäude verschwenden mehr Energie als sie tatsächlich brauchen. Mit dem IoT werden wir in der Lage sein, diese Verschwendung auf nahezu Null zu reduzieren.
• Das IoT wird es uns ermöglichen, die Körperfunktionen jederzeit zu überwachen, ohne dass wir zum Arzt gehen müssen.

Das Internet der Dinge wird sich wahrscheinlich auch stark auf den Logistik- und Lieferkettensektor auswirken, da sich die Objekte ihrer Umgebung bewusst werden und im Falle einer Störung leichter umgelenkt werden können.

Aus diesem Grund werden die Verbindungstypen diversifiziert, um den unterschiedlichen Anforderungen von IoT-Geräten Rechnung zu tragen.

Der Mobilfunkmarkt hat sich auf eine Reise von 1G zu 5G begeben, und 5G ist nun neben früheren Generationen von Mobiltelefonen verfügbar, um Geräte zu verbinden, die eine sehr hohe Geschwindigkeit, eine äusserst geringe Latenzzeit sowie die Fähigkeit zur Verbindung einer grossen Anzahl von IoT-Geräten in einer dichten Umgebung benötigen.

Je nach den Anforderungen der IoT-Geräte, der Anwendung, des Systems, der Software und der anzuschliessenden Geräte stehen verschiedene Arten von IoT-Verbindungen zur Auswahl. Darüber hinaus muss die Abdeckung und Verfügbarkeit am Einsatzort berücksichtigt werden.

Hyper-skalierbares Internet der Dinge

Verschiedene Arten von Verbindungen und Geräten werden nun zusammengeführt, um das hochgradig skalierbare Internet der Dinge zu schaffen, die Innovation voranzutreiben und die Möglichkeiten zu erweitern, die sich durch die Verbindung von Geräten und die Überbrückung der digitalen und physischen Welt ergeben.

LPWA, Weitverkehrsnetze mit geringem Energieverbrauch

Weitverkehrsnetze mit geringem Energieverbrauch nutzen in der Regel unlizenzierte Funktechnologien, um eine relativ geringe Kapazität an Standorten wie Fabriken, Universitätsgeländen und Bergwerken zu ermöglichen. Die meisten bieten eine kostengünstige, stromsparende Alternative zu Mobilfunkverbindungen und eignen sich für IoT-Anwendungen, die nur eine geringe Reichweite benötigen.

Zu den wichtigsten Arten der LPWA-Konnektivität gehören:

#1 Bluetooth

Bluetooth ist eine drahtlose Technologie mit kurzer Reichweite, die in erster Linie für den Datenaustausch zwischen festen und mobilen Geräten über kurze Entfernungen unter Verwendung von UHF-Funkwellen in den ISM-Bändern (2,402 GHz bis 2,48 GHz) und für den Aufbau persönlicher Netzwerke verwendet wird. Aufgrund seiner Eigenschaften ist es nur für kurze Entfernungen geeignet.

#2 BLE (Bluetooth Low Energy)

Bluetooth Low Energy zielt auf Anwendungen in den Bereichen Gesundheitswesen, Sicherheit, Home Entertainment und drahtlose Beacons ab. Unabhängig von Bluetooth bietet BLE einen geringeren Energieverbrauch bei gleicher Reichweite wie das klassische Bluetooth.

#3 LoRaWAN (WAN-Netz mit geringem Energieverbrauch)

LoRaWAN ist ein Netzprotokoll für die Anbindung batteriebetriebener drahtloser Geräte an das Internet in regionalen, nationalen oder globalen Netzen. Es erfüllt IoT-Anforderungen wie Zwei-Wege-Kommunikation, End-to-End-Sicherheit, Mobilität und Standortdienste. Die LoRaWAN-Übertragungsraten reichen von 0,3 kbit/s bis 50 kbit/s.

#4 NB-IoT (Schmalband-IoT)

NB-IoT ist eine Low Power Wide Area (LPWA)-Technologie, die entwickelt wurde, um eine breite Palette von IoT-Geräten und -Diensten bereitzustellen. NB-IoT verbessert den Stromverbrauch der Nutzergeräte, die Systemkapazität und die Spektrumeffizienz erheblich, insbesondere bei tiefer Abdeckung im Vergleich zu zellularen Netzen. Eine Batterielebensdauer von über 10 Jahren kann für eine Vielzahl von Anwendungsfällen unterstützt werden. Bietet eine einfachere Alternative zu Mobilfunkverbindungen mit geringerer Bandbreite.

#5 Sigfox

Sigfox ähnelt LoRaWAN insofern, als es sich um eine Technologie handelt, die für die weltweite Einführung von drahtlosen Netzwerken zur Verbindung von Objekten mit geringem Stromverbrauch, wie z. B. intelligenten Zählern, konzipiert ist. Es zeichnet sich durch eine geringe Leistungsaufnahme aus und nutzt das 900-MHz-Band mit Netzen in 72 Ländern, die ab November 2020 5,8 Millionen Quadratkilometer abdecken werden. Die Sigfox-Kommunikation unterstützt bis zu 140 Uplink-Nachrichten pro Tag, die eine Nutzlast von 12 Oktetten bei einer Datenrate von 100 Bit pro Sekunde tragen können.

#6 Wi-Fi

Wi-Fi wird in der Regel für die Vernetzung lokaler Geräte und den Internetzugang verwendet. Die Technologie ist in Heim- und kleinen Büronetzwerken weit verbreitet, wird aber auch in Unternehmen eingesetzt, um Geräte zu verbinden und den öffentlichen Internetzugang für mobile Geräte bereitzustellen. Wi-Fi hat eine Reichweite von 20-150 Metern und einige Versionen erreichen Geschwindigkeiten von mehr als 1 Gbit/s.

#7 Zigbee

Zigbee ist ein Kommunikationsprotokoll, das zum Aufbau persönlicher Netzwerke mit kleinen digitalen Funkgeräten mit geringem Stromverbrauch verwendet wird. Typische Anwendungen sind Hausautomatisierung, Datenerfassung für medizinische Geräte und andere Anwendungen mit geringem Stromverbrauch und geringer Bandbreite. Die Technologie ist auf Übertragungsdistanzen von 10-100 Metern mit Sichtverbindung beschränkt, um den Stromverbrauch niedrig zu halten. Zigbee hat eine definierte Datenrate von 250 Kbps und ist für eine intermittierende Datenübertragung geeignet.

Die Dinge im IoT

Das Internet der Dinge umfasst mehrere Geräte, d.h. Einheiten aus physischer Hardware oder Ausrüstung, die eine oder mehrere Verarbeitungsfunktionen innerhalb eines Systems bereitstellen. Im Folgenden wird erläutert, was sie sind und wofür sie verwendet werden.

• Access point: Der Access Point ist ein drahtloses Netzwerkgerät, das als Gateway für den Anschluss von Geräten an ein lokales Netzwerk dient.
• Beacons: Kleine Sender, die sich mit Bluetooth- und Bluetooth Low Energy (BLE)-fähigen Geräten wie Smartphones oder verfolgten Paketen verbinden.
• Gateway: Ein „Übersetzer-Hub“, der die Kommunikation zwischen zwei Computern oder Geräten übersetzt, so dass sie die Datenübertragung und Kommunikation des jeweils anderen verstehen können.
• Hub: Ein Hub ist ein Hardware-Gerät, das andere Datenübertragungsgeräte mit einer zentralen Station verbindet.
• Sensoren: Ein Sensor ist ein Gerät, das einen physikalischen Input aus seiner Umgebung misst und ihn in Daten umwandelt, die von einem Menschen oder einer Maschine interpretiert werden können.

IoT: Die physische Welt trifft auf die digitale

Was ist erforderlich, damit Geräte und Maschinen auf intelligente Weise mit dem Internet kommunizieren können? Hier finden Sie eine Liste der wichtigsten Technologien.

• Betätigungselement: Ein Bauteil, das für die Bewegung und Steuerung eines Mechanismus oder Systems verantwortlich ist, z. B. das Öffnen eines Ventils.
• Cyber-physische Systeme: Integration von Datenverarbeitung, Vernetzung und physikalischen Prozessen mit Rückkopplungsschleifen, in denen physikalische Prozesse die Berechnungen beeinflussen und umgekehrt.
• Contacless: Bezeichnet Technologien, die es ermöglichen, eine Chipkarte, ein Mobiltelefon oder ein anderes Gerät draht- und berührungslos mit einem elektronischen Lesegerät zu verbinden, in der Regel um eine Zahlung vorzunehmen.
• Digitale Zwillinge: Ein digitales Abbild von physischen Anlagen, Prozessen, Menschen, Orten, Systemen und Geräten, das für verschiedene Zwecke genutzt werden kann und historische Maschinendaten in ein digitales Modell integriert.
• Geofencing: Die Verwendung von GPS- oder RFID-Technologie zur Schaffung einer virtuellen geografischen Grenze, innerhalb derer Geräte betrieben werden können.
• GIS (Geografisches Informationssystem): Ein System zur Erfassung, Bearbeitung, Analyse, Verwaltung und Darstellung räumlicher oder geografischer Daten.
• GPS (Geografisches Positionsbestimmungssystem): Eine von der US-Regierung entwickelte Technologie, die standortbezogene Dienste ermöglicht.
• GNss (Globales Navigationssatellitensystem): Eine Konstellation von Satelliten, die Signale aus dem Weltraum liefert, die Positions- und Zeitdaten an GNss-Empfänger übertragen.
• Haptik: Die Wissenschaft von der Anwendung des taktilen Empfindens und der Kontrolle bei der Interaktion mit Computeranwendungen.
• HAV (Hardware-unterstützte Virtualisierung): Die Verwendung der physischen Komponenten eines Computers zur Unterstützung von Software, die virtuelle Maschinen (VMs) erstellt und verwaltet.
• IMU (Trägheitsmessgerät): Ein Gerät, das einen Körper misst und darüber Bericht erstattet, z. B. über die spezifische Kraft einer Drohne, die Winkelgeschwindigkeit und manchmal auch das den Körper umgebende Magnetfeld.
• LIDAR (Lichtdetektion und -bereichswahl): LIDAR ist eine Fernerkundungstechnologie, die den Impuls eines Lasers nutzt, um Messungen vorzunehmen, die dann zur Erstellung von 3D-Modellen und Karten von Objekten und Umgebungen verwendet werden können.
• Mechatronik: Elektrische und mechanische Systemtechnik, einschliesslich einer Kombination aus Robotik, Elektronik, Informatik, Telekommunikation, System-, Steuerungs- und Produkttechnik.
• RADAR: Ein Detektionssystem, das mithilfe von Funkwellen die Entfernung, den Winkel oder die Geschwindigkeit von Objekten bestimmt.
• Telematik. Ein Verfahren zur Überwachung eines Objekts unter Verwendung von GPS und On-Board-Diagnose, um Bewegungen auf einer Computerkarte aufzuzeichnen.

IoT: die Probleme, die es noch zu bewältigen gilt

Wie bei jedem grossen technologischen Wandel muss hinter den Kulissen viel Arbeit geleistet werden, damit diese Veränderungen im Alltag Realität werden. Zahlreiche Unternehmen arbeiten derzeit daran, sicherzustellen, dass die zugrunde liegende Infrastruktur und die Verbindungen in der Lage sind, das IoT zu unterstützen, sei es als kabelgebundene oder drahtlose Verbindungen.

Je vernetzter die Welt wird, desto abhängiger sind wir von Netzen. Es ist auch sehr wichtig, dafür zu sorgen, dass die richtigen Vorschriften bestehen und dass sie jederzeit eingehalten werden.

Und schliesslich gibt es auf allen Ebenen Fragen des Datenschutzes und der Sicherheit. Die Technologie wird es Unternehmen und Regierungen ermöglichen, noch nie dagewesene Datenmengen zu sammeln, und alle Beteiligten müssen wachsam und flexibel bleiben, um sicherzustellen, dass diese Daten auch sicher bleiben.