Das Internet der Dinge – vom Sensor über die Cloud zur Anwendung
Issue 01-2017:
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Das Internet wird zunehmend durch die Anbindung intelligenter Gegenstände ergänzt und unterstützt den Menschen so immer mehr bei seinen Tätigkeiten im Alltag, meist unmerklich. Willkommen im Internet der Dinge! Begonnen hat alles mit dem Einsatz einzelner Sensoren, die nun mit einer wachsenden Vielzahl intelligenter Geräte vernetzt werden, Daten in die Cloud schicken und somit immer neue, spannende Anwendungsmöglichkeiten eröffnen.
Funksensoren – die Sinnesorgane des Internets der Dinge
Das Internet der Dinge wächst exponentiell. Studien sprechen von 20 Milliarden mit dem Internet verbundenen Geräten im Jahr 2020 und 30 Trillionen „Dingen“ 2030. Die Hauptanzahl dieser „Dinge“ werden Sensoren sein. Diese erfassen die für die Informationsverarbeitung so wichtigen Daten und sind somit die Sinnesorgane des IoT. Montiert werden sie beispielsweise an Fenstern, Türen, Wänden, Grünflächen und Pflanzen. Diese Lösungen sind vor allem für die Anwendungen interessant, die viele Sensoren benötigen, beispielsweise für die Gebäudeautomatisierung sowie zur Datenerfassung von Verkehrs- und Nutzflächen. Um den unterschiedlichen Anforderungen zu entsprechen, müssen Sensoren klein, unauffällig und einfach zu montieren sein.
Für die überwiegende Anzahl der IoT-Sensoren kommt damit eine Verbindung zum Internet mittels Kabel praktisch nicht infrage, sie werden drahtlose Funksensoren sein. Die Energieversorgung dieser Trillionen Funksensoren lässt sich mit Batterien aufgrund des Wartungsaufwands, der Kosten des Austausches und der Entsorgung der Batterien nicht realisieren. Der Einsatz batterieloser Funktechnologie ist hier die konsequente Schlussfolgerung.
Smart Home als eine von unzähligen IoT-Anwendungen
Innovationen wie der Rasenmäher, der fortlaufend den Rasen auf Ideallänge hält, und der Staubsauger, der selbstständig die Wohnung saugt, wurden noch vor einigen Jahren belächelt und erfreuen sich heute dennoch zunehmender Beliebtheit. Einige dieser Geräte lassen sich sogar mittels Sprache steuern. Ob man dies wirklich braucht, erinnert an die Diskussion über den automatischen Autofensterheber vor vielen Jahren: Eine geeignete Fenster-Handkurbel erledigte denselben Dienst in kürzerer Zeit. Warum also ersetzen durch einen elektrischen Fensterheber, der zudem noch teurer ist? Ganz einfach: Dieser bietet erheblich mehr Komfort, daher gibt es in neuen Autos überhaupt keine Handkurbeln mehr. Ähnlich wird es sich mit der Gebäudeautomatisierung verhalten. Noch sind die in der Minderheit, die beim Hauskauf an die Vorteile der Vernetzung denken, dennoch wird in einigen Jahren das Smart Home zur Grundausstattung im Wohnungsbau gehören. Auch Bestandsbesitzer werden diese Funktion nachrüsten wollen.
Vom Asset Management bis hin zum Campus
Am interessantesten sind Use Cases mit einer umfassenden oder gar prediktiven Auswertung der vielen erfassten Daten im IoT, da sie einen entscheidenden Mehrwert für den Nutzer bringen. Die Anzahl der vorstellbaren Anwendungen scheint unendlich, sie lassen sich jedoch in einige grundsätzliche Bereiche einteilen.
In Büros, Entwicklungslaboratorien und Kreativzonen kann über Präsenzmelder die Platzbelegung und über Stromzähler die Gerätenutzung erfasst werden. Im Zusammenhang mit Raumklimadaten (Temperatur, Helligkeit, CO2, Feuchtigkeit) könnten damit Raumnutzungsprofile und sogar ein Zusammenhang mit der Effektivität am jeweiligen Arbeitsplatz bestimmt werden, damit die Raumnutzung, der Geräteeinsatz und eventuell sogar die Arbeitsergebnisse optimiert werden.
Für Versicherungen sind das frühzeitige Erkennen und Einschreiten bei Feuer und Wasserleckage ein gutes Verkaufsargument und damit entscheidend für die Kunden- bindung. Das Betreiben von Sanitäranlagen wird wesentlich erleichtert, wenn Sensoren den Füllzustand von Papier und Seife melden und der Benutzungsgrad der Toiletten mittels Türkontakt übermittelt wird. In Hotels und anderen Wohn- und Nutzräumen ist die Kombination von Fensterkontakten und Bewegungsmeldern ideal zur Erhöhung von Schutz, Sicherheit und Energieeffizienz: Ein geschlossenes Fenster schützt den Raum vor ungünstiger Witterung, vermeidet unnötiges Heizen und verhindert Fehlalarme des durch Wind ausgelösten Bewegungsmelders. Nutzbringend ist auch die Kombination mit vorhandenen Wetterdaten im Internet.
Um komfortables und sicheres Wohnen in den eigenen vier Wänden auch im Alter zu ermöglichen, liefern Bewegungssensoren in Matratzen, Sturz- und Präsenzmelder sowie flexibel positionierte Notruf- und Bedienknöpfe die dringend notwendigen Informationen. In Markthallen können solche Detektoren zur Bewegungsprofilbestimmung und zum nächtlichen Schutz zum Einsatz kommen. Klimasensoren in Gebäuden regeln orts- und nutzungsabhängig die Lüftung; Sensoren an Aufzügen, Lüftungsmotoren und Schädlingsfallen melden Wartungsbedarf.
Outdoor-Anwendungen
Auch außerhalb des Gebäudes werden die Anwendungen des IoT kein Ende finden. Neben der Erfassung und Analyse von Verkehrsflüssen wird zukünftig auch das Parkraummanagement in Ballungsräumen massiv an Bedeutung gewinnen. Hierzu müssen Verkehrsflüsse und Parkplatzangebot mit Abertausenden von Sensoren erfasst werden. Um die Ernährung der stets wachsenden Weltbevölkerung zu gewährleisten sowie Qualität und Ertragsmenge zu optimieren, sollen Plantagen und Anbaugebiete mit Millionen Sensoren überwacht werden. Auch der Zustand von Brücken und Steinschlagnetzen kann mit Vibrationssensoren überwacht und Naturkatastrophen wie Überschwemmungen können frühzeitiger erkannt werden.
Die Cloud – Vernetzungszentrale des IoT
Die Vernetzung der Geräte und Sensoren wird zunehmend über das Internet in Form webbasierter Dienste, sogenannter Cloud-Services, erfolgen. Die Diskussion ist allerdings, wie viel Intelligenz vor Ort benötigt wird und vor allem welche nutzer- und anwenderbezogenen Daten aus datenschutzrechtlichen Gründen vor Ort gespeichert werden müssen.
Ein wichtiger Aspekt ist die zeitliche Verfügbarkeit einer Cloud-basierten Lösung. Da diese nicht immer gewährleistet ist, müssen sicherheitsrelevante Grundfunktionen wie das Ein- und Ausschalten von Raum- und Kellerbeleuchtung lokal realisiert und auch ohne Zugang zum Internet gewährleistet sein.
Andererseits entwickeln sich die Funktionalitäten, die Benutzeroberflächen und das Angebot webbasierter Dienste rasant und bieten enorme Anwendungsmöglichkeiten. Wählt man die Systempartitionierung angemessen, so zeichnet sich ab, dass Mehrwertdienste und die Verknüpfung der Einzelfunktionalitäten zukünftig im Internet abgebildet sein sollten. Die Cloud wird damit zur zentralen Systemintelligenz für Mehrwertdienste.
Das Gateway – Verbindung zwischen Sensorik und Cloud
Eine große Bedeutung hat in diesem Zusammenhang das Gateway, welches die Sensoren vor Ort mit der Cloud verbindet. Ein geeigneter standardübergreifender und offener Software Stack im Gateway bildet die Grundlage, um die Daten der EnOcean-Funksensoren in die in der Cloud gehosteten Managed Services der IoT-Plattformen einzubinden. Es entsteht ein interoperables Netzwerk, in dem die gesammelten Daten für die intelligente Steuerung verschiedener Geräte verwendet werden können, unabhängig von den Herstellern der Endgeräte und Cloud-Plattformen.
Die IoT-Player – vom IT-Giganten über Industriekonzerne bis hin zum Start-up
Der Trend geht hin zur intelligenten Vernetzung von Objekten mittels Cloud-basierter Dienste und zur Analyse von Daten, die mithilfe von Sensoren gesammelt werden. In guter Position sind hier die bekannten IT-Firmenriesen, die diese Dienste und Tools anbieten. IBM, Cisco, Apple, Microsoft, Google und Amazon bereiten sich aktuell auf ein Wettrüsten vor, um sich bestmöglich an der Vernetzungszentrale zum IoT zu positionieren.
Neben den großen IT-Playern fühlen sich aber auch die klassischen Industriekonzerne wie Siemens, Bosch, ABB oder General Electric gut gewappnet, um mit ihrem Marktzugang und ihren Erfahrungen im Engineering und Product-Lifecycle-Management den IoT-Markt zu erobern. Sie müssen sich dringend in diesem Segment etablieren, um langfristig mit den IT-Firmenriesen mithalten zu können, denn die nächste Wertschöpfungsstufe in der Automatisierungstechnik wird über die Digitalisierung erreicht.
Spannend ist der Markt auch, weil zusätzlich immer mehr spezialisierte Anbieter und Start-ups hinzukommen. Ihnen fehlt es zwar meist an der kritischen Größe, sie besitzen aber den Vorteil, unbelastet von einem etwaigen Bestandsgeschäft disruptiv agieren zu können.
Alle dieser IoT-Player haben aber eines gemeinsam: Sie benötigen besten Zugriff auf Daten, spezifische Sensoriklösungen und folglich enge Kooperationen mit Sensorikanbietern. So wird beispielsweise IBM gemeinsam mit der EnOcean Alliance in ihrem neuen Bündnis die Nutzung von intelligenten Gebäudelösungen vorantreiben und smarte IoT-Anwendungen standardisieren.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es enorme Mengen unstrukturierter Daten zum Durchforsten, Analysieren, gegeneinander Abwägen, Interpretieren und Dazulernen gibt. Es gilt, aktuelle Daten direkt zur Steuerung zu nutzen, diese mittels Tools wie der IBM Watson IoT-Plattform, aber auch in Beziehung zu historischen Informationen und anderen im Internet vorhandenen Daten zu setzen und damit möglicherweise noch unbekannte Korrelationen zu entdecken. So entstehen neue Einsichten und ein besseres Verständnis für Zusammenhänge.
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