Internet of Things (IoT)

Was ist das Internet of Things (IoT)?

Internet of Things, kurz auch IoT oder auf Deutsch Internet der Dinge, bezeichnet Technologien einer globalen Infrastruktur, die es ermöglichen, physische und virtuelle Gegenstände miteinander zu vernetzen und sie durch Informations- und Kommunikationstechniken zusammenarbeiten zu lassen. Gegenstände können so selbstständig kommunizieren und verschiedene Aufgaben für den Besitzer erledigen.

Es handelt sich also um ein Netzwerk von physischen Objekten (Dingen), die in Sensoren, Software und anderen Technologien eingebettet sind, um Daten mit anderen Geräten und Systemen über das Internet zu verknüpfen und auszutauschen. Diese Geräte können von einfachen Haushaltsgeräten bis zu komplexen industriellen Werkzeugen reichen. Der Anwendungsbereich von IoT erstreckt sich von einer allgemeinen Informationsversorgung über automatische Bestellungen bis hin zu Warn- und Notfallfunktionen.

Bedeutung von IoT

Das Internet der Dinge wurde in den 2000er Jahren entwickelt, doch es gab schon zuvor den ersten vernetzten Alltagsgegenstand. Zu Beginn des World Wide Webs im Jahr 1990 verbanden der US-amerikanische Software- und Netzwerkexperte John Romkey und australische Computerwissenschaftler Simon Hackett während einer Konferenz einen Toaster mit dem Internet, sodass er online ein- und ausgeschaltet werden konnte.

Der Begriff „Internet of Things“ wurde 1999 vom britischen Forscher Kevin Ashton geprägt. Der Experte für Sensoren- und Identifikationstechnologien am Massachusetts Institute of Technology beschrieb damit passive RFID-Tags. Bei RFID (Radio Frequency Identification, auf Deutsch: Funkerkennung) handelt es sich um eine Technologie, bei der ein Lesegerät Daten kontaktlos von einem Funketikett lesen und speichern kann. Hierbei wurden physische Objekte mit der virtuellen Welt verbunden, allerdings nur in einem eingegrenzten Bereich. Im Jahr 2000 schon stellte der Elektronikkonzern LG die Idee eines internetfähigen Kühlschranks vor, der den Besitzer über die Menge an Lebensmittelvorräten benachrichtigen soll.

Seitdem nahm die Vernetzung von Gegenständen deutlich zu. Das Internet of Things hat sich zu einer der wichtigsten Technologien des 21. Jahrhunderts entwickelt, sodass inzwischen auch Alltagsgegenstände wie Küchengeräte, Autos oder Thermostate mit dem Internet verbunden werden können. Mittlerweile ist eine nahtlose Kommunikation zwischen Personen, Prozessen und Dingen gegeben. Durch den Einsatz kostengünstiger Computing-Lösungen, der Cloud, Big Data und mobilen Technologien können physische Objekte Daten teilen und sammeln. Auf diese Weise können digitale Systeme den Datenaustausch zwischen vernetzten Dingen aufzeichnen, überwachen und anpassen.

Technische Grundlage

Die Voraussetzungen für die Einrichtung des Internets der Dinge ist ein Internetzugang und Mikroprozesstechnik. Da Mikroprozessoren immer günstiger, kleiner und leistungsfähiger werden, lassen sich immer mehr Gegenstände mit relativ geringem Aufwand mit elektronischer Intelligenz ausstatten. Diese erhalten zusätzlich eine kabelgebundene oder drahtlose Schnittstelle für die Anbindung an das Internet und eine eindeutige Internetadresse, worüber sie ihre Daten und Befehle senden bzw. erhalten. Für die drahtlose Kommunikation kann beispielsweise WLAN, Bluetooth oder der Mobilfunkstandard LTE oder 5G eingesetzt werden.

Für den Einsatz des IoT in logistischen Abläufen ist die RFID-Technik (Radio-Frequency Identification) eine wichtige technische Grundlage, da damit Waren und Güter und deren Verfolgung eindeutig identifiziert werden können. RFID-Systeme bestehen aus Transpondern und vernetzten Lesegeräten. Beim Transponder handelt es sich um ein Funketikett, das am Gegenstand angebracht ist. Dieses wird mit dem Lesegeräte drahtlos erkannt und ausgelesen. Das vernetzte Lesegerät sendet die erfassten Daten per Internet zur weiteren Verarbeitung an andere Kommunikationspartner.

Sicherheitsaspekte

Das Internet of Things ist grundsätzlich der Gefahr eines Angriffs von außen oder einer unbefugten Nutzung ausgeliefert, da die eingesetzten Geräte mit dem Internet vernetzt sind. Hacker können persönliche Daten auslesen und ausspionieren, unerwünschte Aktionen ausführen oder sogar ganze Industrieanlagen sabotieren oder zerstören.

Zur Risikominimierung sollte die Kommunikation der Geräte so abgesichert werden, dass sich Abläufe und Prozesse nicht stören oder manipulieren lassen, damit die erfassten Daten geschützt sind. Insbesondere gegen Angriffe wie Denial-of-Service-Attacken oder Schadsoftware sollten die angebundenen Komponenten geschützt sein.

Bei der Architektur des Internet of Things und deren Komponenten sollten folgende Sicherheitsaspekte berücksichtigt werden:

• Wirksames und zuverlässiges Identitäts- und Zugriffsmanagement
• Verschlüsselung der über das öffentliche Internet übertragenen Daten
• Schutz der einzelnen Systeme durch Firewalls
• Software- und Patchmanagement über den kompletten Betriebszeitraum der Systeme zur Behebung von erkannten Fehlern und Sicherheitsmängeln

Anwendungsbereiche

Das Internet der Dinge findet in vielen Bereichen Anwendung. Die eingesetzten intelligenten Geräte, die auch als „Smart Devices“ bezeichnet werden, werden heute sowohl in Privathaushalten, Fabriken, Fahrzeugen, im Gesundheitswesen oder Städten eingesetzt. Diese vernetzten Gegenstände sollen sowohl unseren Alltag erleichtern als auch Produktionsprozesse effizienter gestalten. Im Folgenden stellen wir die grundlegenden Anwendungsbereiche vor.

Industrie 4.0.

Im Kontext der technologischen Entwicklung stellt die Industrie 4.0 die vierte industrielle Revolution dar. Nach der Dampfmaschine, der elektrischen Energie und der Computerisierung der Produktion folgt nun die Vernetzung von Maschinen, Waren und Anlagen. Die Industrie 4.0 zeichnet sich dadurch aus, dass sie komplett digital und insofern effizienter ist, da in den weitgehend automatisierten Prozessen die Geräte selbstständig kommunizieren und Fertigungsschritte selbstständig anstoßen können. Beispielsweise tauschen sich Fertigungsroboter und Transportfahrzeige selbstständig mit der Lagerlogistik aus. Zudem wird auch die Sicherheit für die Mitarbeiter gesteigert, indem beispielsweise Gabelstapler oder Maschinen mit Sensoren ausgerüstet sind. Diese können die Umgebung scannen und dadurch eventuelle Unfälle vermeiden.

Zudem können weitere Vorteile, wie das Einsparen von Zeit und Lagerkosten, erzielt werden. Die Industrie 4.0 ermöglicht es, Prozesse einfacher zu planen und Waren schneller zu produzieren. Als Vorteile gelten weiterhin:

• Flexible Produktion
  In der Regel sind mehrere Unternehmen in die Herstellungskette eines Produkts involviert. Durch die digitale Vernetzung können die einzelnen Herstellungsschritte besser abgestimmt und die Auslastung der Maschinen besser geplant werden.
• Flexibilität
  Dadurch, dass Produktionsstraßen in Zukunft in Modulen aufgebaut sein werden, lassen sich diese schneller für bestimmte Aufgaben abgestimmt zusammenbauen. Auf diese Weise können individualisierte Produkte in kleiner Stückzahl zu bezahlbaren Preisen hergestellt und somit Produktivität und Wirtschaftlichkeit gesteigert werden.
• Effizienz durch Datenanalyse:
  Innerhalb der Industrie 4.0 werden Daten zum Ablauf der Produktion und zum Zustand eines Produkts zusammengeführt und ausgewertet. Es lassen sich daraus Hinweise darauf zeihen, wie beispielsweise ein Produkt effizienter hergestellt werden kann oder welche neuen Geschäftsmodelle und Services nützlich sein könnten.

Smart Home

Das Smart Home soll unseren Alltag erleichtern, indem mehrere Gegenstände in unserem Zuhause vernetzt werden und uns so bei alltäglichen Abläufen unterstützen. Zum Beispiel erfassen und regeln intelligente Stromzähler den Stromverbrauch; Kaffee- und Waschmaschinen lassen sich aus der Entfernung steuern. Diese eingesetzten unterschiedlichen Geräte sind über eine Zentrale, die auch als Hub oder Gateway bezeichnet wird, verknüpft und darüber mit dem Internet verbunden.

Aber nicht nur der Komfort und die Energieeffizienz können auf diese Weise gesteigert werden, sondern auf die Sicherheit. Überwachungskameras und Rauchmelder können Informationen ans Smartphone weiterleiten und den Besitzer und den Notruf im Ernstfall kontaktieren. Zudem ist es möglich digitale Assistenten einzubinden und über Sprachbefehle das Licht oder die Musik zu steuern, Informationen abzufragen oder Befehle wie Online-Bestellungen aufzugeben.

Die Vorteile im Überblick:

• Mehr Komfort:
  Durch die Einrichtung eines Smart Homes können unbeliebte Aufgaben an vernetzte Geräte abgegeben und auf diese der Alltag erleichtert werden. Es finden sich smarte Geräte für jeden Lebensbereich, wie beispielsweise das Kaffeekochen am Morgen, das Saugen und Wischen, das Putzen von Fenstern oder Mähen des Rasens.
• Mehr Entertainment:
  Das Entertainment-Equipment, wie die Musikanlage oder der Smart-TV, können im Smart Home bequem per App oder sogar Sprachbefehl gesteuert werden. Intelligente Assistenten können uns zudem Nachrichten vorlesen oder Tipps für die Filmauswahl geben.
• Erhöhte Sicherheit:
  Vernetzte Sicherheitskomponenten steigern die Sicherheit unseres Zuhauses. Mit Bewegungssensoren ausgestattete Alarmsirenen und Überwachungskameras können mit dem Smartphone vernetzt werden und direkt Informationen weiterleiten.
• Hilfe in besonderen Situationen:
  Intelligente Geräte können auch den Alltag von körperlich eingeschränkten Personen enorm unterstützen und deren Lebensqualität steigern. Zudem kann bei Unfälle zuhause schneller geholfen werden, indem beispielsweise smarte Lautsprecher über Sprachbefehl ansprechbar sind. Zusätzlich können verletzte Menschen oder deren Angehörige dem Rettungsdienst in Notsituationen per elektronischem Türschloss via Sprachbefehl oder App eine Zugangsberechtigung erteilen.
• Weniger Energieverbrauch:
  Die meisten Smart Devices verbrauchen gezielt möglichst wenig Strom. Manche WLAN-Thermostate erkennen über die sog. Geofencing-Methode, wann der Besitzer ab- oder abwesend ist, und regulieren die Temperatur entsprechend. Zudem besteht bei den meisten Systemen die Optionen einen Timer zu stellen und festzulegen, wann z. B. die Beleuchtung ausgehen soll. Außerdem können per ‚Smart Metering‘ (z. B. über WLAN-Steckdosen mit Energieverbrauchsmessung) Stromfresser aufgespürt werden.

E-Health

Auch im Bereich der Gesundheit und Fitness gibt es zahlreiche smarte Geräte. Geräte, die beim Sport am Körper getragen werden, sog. Wearables wie Fitnessarmbänder, Smartwatches oder Fitness-Tracker, erfassen Gesundheitsdaten und lassen Rückschlüsse auf unsere Fitness ziehen.

Weiterhin gibt es bereits smarte medizinische Geräte wie Herzschrittmacher oder Blutzucker-Messgeräte, die bei der Feststellung eines Problems den Nutzer beziehungsweise den Notdienst alarmieren. E-Health-Apparate steigern die Sicherheit alter oder kranker Menschen. Beispielsweise können smarte Medikamentendosen feststellen, ob Patienten ihre Medizin genommen haben. Daneben gibt es auch Sturzsensoren im Teppich, die melden, wenn jemand gefallen ist. In Kliniken finden sich intelligente Betten, die beispielsweise Informationen über die Auslastung liefern. Zudem ist es möglich, Ergebnisse aus dem Labor und Messwerte verschiedener Geräte zu kombinieren und automatisch zentral zu erfassen.

• Gesundheit erfährt hohe Priorität
  Mit E-Health wird die Bedeutung der Gesundheit auf ein neues Level gehoben, denn alle beteiligten Akteure können jederzeit auf relevante Daten zurückgreifen, wodurch die bestmögliche Behandlung gewährleistet wird.
• Überblick über sensible Daten
  Patienten können einfacher die Sicherheit ihrer Gesundheitsdaten übersehen, denn Sie verfügen über Ihre Gesundheitsdaten und gewährleisten lediglich ausgewählten Ärzten, Krankassen und Pflegepersonal Einsicht.
• Ressourcenersparnis
  Die Vernetzung von Gesundheitsdaten erspart Zeit und Ressourcen insofern, dass schneller Lösungen für gesundheitliche Probleme gefunden werden können. Verwaltungswege und überflüssige Arztbesuche können so umgangen werden, da der Austausch der Beteiligten effizienter gestaltet ist. Dies führt zu Kostenersparnissen im gesamten Gesundheitssystem, was sich wiederum auf die Kassenbeiträge auswirken kann.

Autonomes Fahren

Im Bereich der Mobilität gibt es bereits viele intelligente Helfer. Smarte Komponenten, wie Radarsensoren, messen Geschwindigkeit und Entfernung, um festzustellen, wie nah ein anderes Objekt oder eine Person ist. Auf diese Weise eröffnet sich ein neues Fahrerlebnis. Seit April 2018 ist außerdem jeder Neuwagen in der EU mit dem Notrufsystem „eCall“ ausgerüstet, das nach einem Unfall mit der eingebauten Mobilfunkkarte automatisch Hilfe rufen kann. Vernetzte Fahrzeuge sind außerdem über WLAN oder Mobilfunk verbunden, wodurch der Fahrer beispielsweise Informationen über Staus erhält. Über das Internet und mit Hilfe von „Softwareupdates over the air“ („SOTA“) können die Fahrzeuge auch schneller gewartet werden.

Autonomes Fahren stellt die zukünftige Fortbewegungsweise dar. Das Internet of Things ist hierbei grundlegend. Ultraschallsensoren erkennen Hindernisse, Radarsensoren entdecken andere Verkehrsteilnehmer und messen ihre Geschwindigkeit und Position, Videosensoren liefern zusätzliche Informationen. Die vernetzten Fahrzeuge sollen den Straßenverkehr unter anderem sicherer machen.

• Mehr Komfort
  Die Fahrt mit einem autonomen Fahrzeug bietet mehr Komfort. Das Fahrzeug findet sich selbstständig auf den Straßen zurecht, wodurch weniger Aufmerksamkeit auf den Straßenverkehr gelenkt werden muss und stattdessen dem Fahrer mehr Komfort geboten wird.
• Umweltschutz
  Ein optimierter Verkehrsfluss führt laut dem Verband der Deutschen Automobilwirtschaft (VDA) zu einem geringeren CO2-Ausstoß und damit zu weniger Umweltbelastungen.
• Sicherheit
  Die allermeisten Verkehrsunfälle passieren aufgrund menschlichen Fehlverhaltens. Intelligente KIs und ausgeklügelte Technik können Autounfälle reduzieren und somit für mehr Sicherheit im Straßenverkehr sorgen.
• Effizienz und Kostenersparnis
  Der Verkehr auf den Straßen nimmt zu. Durch vernetztes, autonomes Fahren kann der Verkehrsfluss optimiert werden. Durch weniger Verkehrsunfälle reduzieren sich die Kosten beispielsweise durch Fahrzeugschäden oder Arbeitsausfall.