Was ist das Internet der Dinge (IoT)?

Das Internet der Dinge (IoT) bezieht sich auf die Vielzahl von Netzwerken, die aus physischen Geräten („Dingen“ wie Fahrzeugen, Wearables und mit Sensoren und Software ausgestatteten Geräten) und den Technologieplattformen und Protokollen bestehen, die es diesen „Dingen“ ermöglichen, Daten zum Automatisieren von Aufgaben und Prozessen zu sammeln, zu speichern und zu analysieren.

Wie funktioniert IoT?

Ein IoT-System funktioniert durch Echtzeit-Datenerfassung und Kommunikation zwischen den IoT-Geräten oder Anwendungen mit der Cloud oder durch die gegenseitige Kommunikation zwischen IoT-Geräten und Anwendungen selbst.

Ein IoT-System besteht im Kern aus drei Komponenten:

  • Smart-Geräte – Die „Dinge“, die Daten sammeln und weitergeben
  • IoT-Anwendung – Die Dienste, Software und Plattformen, die die Daten empfangen und speichern
  • Benutzeroberfläche – Die Verwaltung und Präsentation der Daten (z. B. eine Website)

IoT-Plattformen

Kommerzielle und Open-Source-IoT-Plattformen bieten eine Reihe von Funktionen und Diensten zum Erstellen und Verwalten von IoT-Anwendungen und erleichtern Unternehmen und Entwicklern die Erstellung eines IoT-Systems.

Diese Plattformen sind meistens Cloud-basiert und bieten Tools und Dienste, die – zumindest – IoT-Anwendungsdaten erstellen, verwalten, speichern und analysieren. Zu den Plattformoptionen für IoT-Systeme gehören Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure, Google Cloud und IBM Watson.

Kategorien und Arten von IoT

IoT-Kategorien basieren darauf, welche Geräte und Anwendungen in einer bestimmten Branche üblicherweise verwendet werden. Zu den gängigen IoT-Kategorien gehören:

  • Verbraucher-IoT: Wird im täglichen Leben der Verbraucher verwendet, beispielsweise in Smart-Home-Hubs, anpassbaren Kühlschränken und tragbaren Gesundheits- und Fitness-Trackern.
  • Industrielles IoT: Wird zur Automatisierung und Optimierung der Fertigung und anderer industrieller Prozesse verwendet. Beispielsweise Geräte und Anwendungen, die Geräteausfälle erkennen, Reparaturen beschleunigen, Schäden mindern, Lagerbestände verfolgen und Produktionslinien überwachen.
  • Kommerzielles IoT: Wird verwendet, um das Kundenerlebnis zu verbessern und Geschäftsabläufe im Einzelhandel, im Gastgewerbe und im Gesundheitswesen zu optimieren. Beispiele hierfür sind das Scannen zur Nachverfolgung von Einkäufen, die Automatisierung von Bestellungen in einem Restaurant oder die Ermöglichung von Telemedizin-Terminen.
  • IoT im Gesundheitswesen: Wird ausschließlich im Gesundheitswesen verwendet, um Patienten zu überwachen, die Versorgung zu verbessern und medizinische Gerätedaten in Echtzeit zu erfassen.
  • IoT in der Landwirtschaft: Wird in der Landwirtschaft verwendet. Dazu gehören beispielsweise Sensoren zur Überwachung der Bewegungen und Gesundheit von Nutztieren, Geräte zur Verfolgung und Meldung der Bodengesundheit sowie Anwendungen, die angeschlossene Systeme auf Veränderungen bei Wetterbedingungen und Temperaturen aufmerksam machen.
  • IoT für intelligente Städte: Wird in städtischen Umgebungen für intelligente Beleuchtung, Verkehrsüberwachung und Abfallmanagement verwendet.
  • Autonomes IoT: Wird zum autonomen Betrieb von Maschinen verwendet, die bisher menschliches Eingreifen erforderten, wie etwa autonome Fahrzeuge und Drohnen.
Warum ist IoT wichtig?

IoT hat viele Alltagssituationen vereinfacht, die früher relativ umständlich waren. Überlegen Sie, wann Sie das letzte Mal ein Geburtstags-, Jubiläums- oder anderes Geschenk bestellt haben und nicht verfolgen konnten, ob das Paket vor dem Anlass ankommen würde. Die Bearbeitung dieser Bestellung sowie ihre Sendungsverfolgung und Lieferung werden jetzt mithilfe verschiedener IoT-Geräte und -Anwendungen orchestriert.

In den oben genannten Kategorien werden noch viele weitere Beispiele aufgeführt – von medizinischen bis hin zu landwirtschaftlichen Anwendungsfällen – und jedes davon veranschaulicht, wie stark die moderne Welt auf IoT-Geräten basiert.

Vorteile des IoT

Durch ihre Echtzeitkommunikation können IoT-Systeme Verbesserungen bei Folgendem bewirken:

Effizienz

IoT-Systeme können verschiedene Prozesse automatisieren und optimieren, wodurch der Bedarf an menschlichen Eingriffen verringert und die Effizienz in Branchen wie Fertigung, Transport und Landwirtschaft verbessert wird.

Kosteneinsparungen

IoT-Systeme können zur Kostensenkung beitragen, indem sie die Energieeffizienz verbessern, Abfall reduzieren und die Ressourcennutzung optimieren.

Echtzeitüberwachung

IoT-Systeme ermöglichen eine Echtzeitüberwachung der Ausrüstung und der Umgebungsfaktoren und ermöglichen so eine rechtzeitige Reaktion auf Probleme und die Vermeidung von Ausfallzeiten.

Verbesserte Sicherheit

IoT-Systeme können die Sicherheit verbessern, indem sie potenzielle Gefahren oder Sicherheitsbedrohungen in Echtzeit überwachen und erkennen.

Verbessertes Kundenerlebnis

IoT-Systeme können Kunden ein persönlicheres und nahtloseres Erlebnis bieten, von intelligenten Haushaltsgeräten bis hin zu tragbaren Geräten.

Datenerfassung und -analyse

IoT-Systeme generieren große Mengen an Daten, die erfasst, analysiert und zur Entscheidungsfindung, zur Erkennung von Trends und zur Optimierung von Prozessen verwendet werden können.

Nachteile des IoT

Obwohl IoT-Systeme in vielen Branchen zu Verbesserungen beitragen können, bringen sie auch eine Reihe einzigartiger Herausforderungen und Risiken mit sich:

Produktionskosten

Der Kauf von IoT-Systemen kann kostspielig sein und auch bei der Bereitstellung können zusätzliche Kosten entstehen. Für kleinere oder mittelgroße Unternehmen ist eine Investition in IoT möglicherweise nicht kosteneffizient.

Empfehlung: Wägen Sie vor der Investition sorgfältig die Kosten und Vorteile der Einführung des IoT ab, einschließlich der Kosten für die Entwicklung, Wartung und Sicherung von IoT-Geräten.

Sicherheit

IoT-Systeme können anfällig für Sicherheitsverletzungen sein, die zum Diebstahl vertraulicher Daten oder zur Störung kritischer Systeme führen können.

Empfehlung: Sichern Sie IoT-Geräte und -Anwendungen mit starken Verschlüsselungsprotokollen und Authentifizierungsmechanismen und überwachen Sie sie gleichzeitig auf verdächtige Aktivitäten.

Datenschutz

IoT-Geräte und -Anwendungen sammeln riesige Mengen an Daten, die vertrauliche Informationen über Einzelpersonen und Organisationen enthalten können.

Empfehlung: Ermitteln Sie die Mindestmenge an Daten, die Sie erfassen müssen, um IoT-Dienste bereitzustellen. Seien Sie transparent hinsichtlich Ihrer Datenerfassungspraktiken und ergreifen Sie Maßnahmen, um die Privatsphäre der Personen und Organisationen zu schützen, deren Daten erfasst werden.

Interoperabilität

IoT-Geräte und -Anwendungen werden häufig unter Verwendung unterschiedlicher Technologien und Protokolle erstellt, was ihre Integration in andere Systeme und Geräte erschweren kann. IoT-Systeme sind Teil einer sich entwickelnden Branche und ohne einen allgemein akzeptierten Satz von Standards und Protokollen können Geräte und Systeme schnell isoliert oder fragmentiert werden. Dies kann zu Kompatibilitätsproblemen und Schwierigkeiten bei der Verwaltung und Wartung von IoT-Systemen führen.

Empfehlung: Implementieren Sie, wann immer möglich, Standardprotokolle und Datenformate. Die Branche muss Standards etablieren, um die Interoperabilität zu verbessern.

Komplexität

IoT-Systeme enthalten viele Geräte und Datenquellen, was eine schnelle Skalierung erschweren könnte.

Empfehlung: Für die für IoT-Systeme verantwortlichen Teams ist es wichtig, ein klares Verständnis der zur Unterstützung von IoT-Systemen erforderlichen Architektur und Infrastruktur sowie der für deren Verwaltung und Wartung erforderlichen Fähigkeiten und Ressourcen zu haben.

Wie kommunizieren IoT-Geräte?

Bei der Diskussion darüber, welches Protokoll oder welche Technologie für IoT-Geräte und Anwendungsfälle verwendet werden soll, muss die Konnektivität eine zentrale Überlegung sein. IoT-Geräte verwenden normalerweise eine Cloud-basierte IoT-Plattform, die eine Reihe von Diensten bereitstellt, darunter Geräteverwaltung, Datenspeicherung und Analyse.

Zur Kommunikation mit Geräten verwendet die IoT-Plattform normalerweise APIs und Protokolle wie HTTP und Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) und Constrained Application Protocol (CoAP). Einige andere Kommunikationsmethoden umfassen:

  • WLAN – wird häufig in Situationen verwendet, in denen sich alle Geräte in Reichweite eines WLAN-Zugangspunkts befinden (z. B. in einem Smart Home oder einem tragbaren Gerät für Patienten, das Gesundheitsstatistiken in einem Krankenhaus überwacht). WLAN bietet im Allgemeinen eine gute Reichweite und eignet sich daher gut für schnelle Datenübertragungen und geringe Latenzzeiten.
  • Bluetooth – Bluetooth ist eine alltägliche Kommunikationsmethode und eignet sich gut für Informationen, die über kurze Distanzen zwischen IoT-Geräten ausgetauscht werden müssen (z. B. das Hören von Musik auf einem Smartphone mit kabellosen Kopfhörern).
  • Zigbee – Dieses häufig im industriellen Umfeld eingesetzte drahtlose Kommunikationsprotokoll mit geringem Stromverbrauch zeichnet sich durch den minimalen Verbrauch aus. Daher ist Zigbee ideal für Geräte, die über längere Zeiträume ohne Aufladen funktionieren müssen. Zigbee kann auch viele Geräte gleichzeitig in einem einzigen Netzwerk unterstützen.
  • LoRaWAN – Ein Low Power, Wide Area (LPWA)-Protokoll für die drahtlose Kommunikation mit großer Reichweite, das häufig in der Landwirtschaft, in Smart Cities und anderen Bereichen eingesetzt wird, in denen Kommunikation mit großer Reichweite von entscheidender Bedeutung ist. LoRaWAN ist die Cloud-Schicht, die auf der proprietären Funkkommunikationstechnik LoRa basiert.
  • Mobilfunk – Aufgrund der hohen Abdeckung mit Cloud-basierten Systemen eine praktikable Option für den Einsatz über große Entfernungen. Allerdings können Mobiltelefone aufgrund von Steuern und regelmäßiger Wartung kostspielig sein.
Was beinhaltet die Entwicklung von IoT-Software?

Die Entwicklung von IoT-Software kann eine Vielzahl von Aufgaben umfassen, z. B. das Entwickeln von Firmware und Treibern für IoT-Geräte, das Entwerfen und Implementieren von Kommunikationsprotokollen zwischen Geräten und Back-End-Systemen, das Erstellen Cloud-basierter Plattformen zum Verwalten und Analysieren von Daten von IoT-Geräten und das Entwickeln mobiler oder Web-Anwendungen zur Interaktion mit IoT-Plattformen.

Entwickler, die mit der Entwicklung von IoT-Software oder -Geräten beauftragt sind, müssen Sicherheits- und Datenschutzprobleme berücksichtigen. IoT-Geräte sind häufig mit sensiblen Systemen und Netzwerken verbunden und unterliegen oft mehreren Authentifizierungsebenen, eingeschränktem Zugriff und anderen starken Sicherheitsmaßnahmen, die vor Cyberangriffen und Datenschutzverletzungen schützen sollen.

Die gewünschten Fähigkeiten von IoT-Entwicklern variieren je nach Branche und Unternehmen. Beispielsweise müsste ein Entwickler für ein Unternehmen, das autonome Fahrzeuge herstellt, über Erfahrung im Einsatz von Cloud-Systemen verfügen, da die von den Fahrzeugsensoren bereitgestellten Informationen ausgetauscht werden.

Zu den weiteren erforderlichen Fähigkeiten für IoT-Entwicklungsjobs gehören:

  • Maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz
  • Programmiersprachen (einschließlich, aber nicht beschränkt auf JavaScript, Python und C)
  • Node.js-Entwicklung
  • Cloud-Computing
  • Informationssicherheit
  • UI- und UX-Design
  • Big Data-Analyse
Was vor der Einführung der IoT-Technologie zu beachten ist

Softwareentwickler, die IoT einführen möchten, müssen zunächst einen Anwendungsfall erstellen. Fragen Sie sich: Wie kann die IoT-Technologie auf dieses spezifische Geschäftsproblem oder diese spezifische Geschäftsmöglichkeit angewendet werden? Dies kann alles Mögliche sein, von der Optimierung bestehender externer Prozesse bis zur Straffung interner Arbeitsabläufe. Nachdem Sie einen Anwendungsfall identifiziert haben, beginnen Sie mit der Entwicklung einer Strategie zur Implementierung der IoT-Technologie, um das Problem zu lösen.

Als nächstes erforschen Sie IoT-Plattformen. Bewerten Sie unter Berücksichtigung Ihres identifizierten Anwendungsfalls die Plattformoptionen basierend auf den spezifischen Funktionen und Fähigkeiten, die Ihre Lösung erfordert. Testen Sie dann die Finalisten. Wie bei jedem Softwareentwicklungsprojekt ist es wichtig, Ihre IoT-Anwendungen zu testen und zu iterieren, um sicherzustellen, dass sie wie vorgesehen funktionieren. Hierzu können beispielsweise die Durchführung von Benutzertests, die Ausführung von Belastungstests für IoT-Geräte und -Netzwerke sowie die Überwachung der Leistung Ihrer Anwendungen in realen Umgebungen gehören.

Führen Sie abschließend einen Sicherheitscheck durch. IoT-Geräte und -Netzwerke können anfällig für Sicherheitsverletzungen sein. Daher ist es wichtig, Schritte zum Schutz Ihrer IoT-Anwendungen und -Daten zu unternehmen. Dies kann die Implementierung starker Verschlüsselungsprotokolle und die Verwendung sicherer Authentifizierungsmechanismen beinhalten.

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