Was ist das Internet der Dinge (IoT)?

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Das Internet der Dinge (IoT) bezeichnet die Vielzahl von Netzwerken, die aus physischen Geräten bestehen („Dingen“ wie Fahrzeugen, Wearables und Haushaltsgeräten, die mit Sensoren und Software ausgestattet sind), sowie die Technologieplattformen und Protokolle, die es diesen „Dingen“ ermöglichen, Daten zu erfassen, zu speichern und zu analysieren, um Aufgaben und Prozesse zu automatisieren.

Wie funktioniert das IoT?

Ein IoT-System funktioniert durch die Erfassung und Übertragung von Daten in Echtzeit zwischen IoT-Geräten bzw. -Anwendungen und der Cloud oder durch die direkte Kommunikation der IoT-Geräte und -Anwendungen untereinander.

Im Kern besteht ein IoT-System aus drei Komponenten:

  • Intelligente Geräte – die „Dinge“, die Daten erfassen und weiterleiten
  • IoT-Anwendung – Die Dienste, Software und Plattformen, die die Daten empfangen und speichern
  • Benutzeroberfläche – Verwaltung und Darstellung der Daten (z. B. auf einer Website)

IoT-Plattformen

Kommerzielle und quelloffene IoT-Plattformen bieten eine Reihe von Funktionen und Diensten für die Entwicklung und Verwaltung von IoT-Anwendungen und erleichtern es Unternehmen und Entwicklern so, ein IoT-System zu erstellen.

Diese Plattformen sind meist cloudbasiert und bieten Tools und Dienste, mit denen sich IoT-Anwendungsdaten zumindest erstellen, verwalten, speichern und analysieren lassen. Zu den Plattformoptionen für IoT-Systeme gehören Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure, Google Cloud und IBM Watson.

Kategorien und Arten des IoT

IoT-Kategorien richten sich danach, welche Geräte und Anwendungen in einer bestimmten Branche üblicherweise eingesetzt werden. Zu den gängigen IoT-Kategorien gehören:

  • Verbraucher-IoT: Wird im Alltag von Verbrauchern eingesetzt, beispielsweise in Form von Smart-Home-Zentralen, individuell anpassbaren Kühlschränken sowie tragbaren Gesundheits- und Fitness-Trackern.
  • Industrielles IoT: Wird zur Automatisierung und Optimierung von Fertigungs- und anderen industriellen Prozessen eingesetzt. Dazu gehören beispielsweise Geräte und Anwendungen, die Anlagenausfälle erkennen, Reparaturen beschleunigen, Schäden begrenzen, Lagerbestände verfolgen und Produktionslinien überwachen.
  • Kommerzielles IoT: Wird eingesetzt, um das Kundenerlebnis zu verbessern und Geschäftsabläufe im Einzelhandel, Gastgewerbe und Gesundheitswesen zu optimieren. Beispiele hierfür sind das Scannen zur Erfassung von Einkäufen, die Automatisierung von Bestellungen in einem Restaurant oder die Ermöglichung telemedizinischer Termine.
  • IoT im Gesundheitswesen: Wird ausschließlich in Gesundheitseinrichtungen eingesetzt, um Patienten zu überwachen, die Versorgung zu verbessern und Echtzeitdaten von medizinischen Geräten zu erfassen.
  • Landwirtschaftliches IoT: Wird in der Landwirtschaft eingesetzt, beispielsweise in Form von Sensoren zur Überwachung der Bewegungen und des Gesundheitszustands von Nutztieren, Geräten zur Erfassung und Meldung der Bodenbeschaffenheit sowie Anwendungen, die vernetzte Systeme auf veränderte Wetterbedingungen und Temperaturen aufmerksam machen.
  • IoT für Smart Cities: Wird in städtischen Umgebungen für intelligente Beleuchtung, Verkehrsüberwachung und Abfallmanagement eingesetzt.
  • Autonomes IoT: Wird eingesetzt, um Maschinen, die zuvor menschliches Eingreifen erforderten, autonom zu betreiben, beispielsweise autonome Fahrzeuge und Drohnen.

Warum ist das IoT wichtig?

Das IoT hat viele alltägliche Vorgänge vereinfacht, die früher relativ umständlich waren. Denken Sie etwa an das letzte Mal, als Sie ein Geburtstags-, Jubiläums- oder anderes Geschenk bestellt haben und nicht nachverfolgen konnten, ob das Paket rechtzeitig vor dem Anlass eintreffen würde. Die Bearbeitung dieser Bestellung sowie ihre Nachverfolgung und Zustellung werden heute mithilfe verschiedener IoT-Geräte und -Anwendungen koordiniert.

Viele weitere Beispiele werden in den oben genannten Kategorien beschrieben – von medizinischen bis hin zu landwirtschaftlichen Anwendungsfällen – und jedes einzelne verdeutlicht, wie sehr die moderne Welt auf IoT-Geräte angewiesen ist.

Vorteile des IoT

Durch ihre Echtzeitkommunikation können IoT-Systeme Verbesserungen in folgenden Bereichen ermöglichen:

Effizienz

IoT-Systeme können verschiedene Prozesse automatisieren und optimieren. Dadurch sind weniger menschliche Eingriffe erforderlich und die Effizienz in Branchen wie Fertigung, Transport und Landwirtschaft wird gesteigert.

Kosteneinsparungen

IoT-Systeme können dazu beitragen, Kosten zu senken, indem sie die Energieeffizienz steigern, Abfälle reduzieren und die Ressourcennutzung optimieren.

Echtzeitüberwachung

IoT-Systeme ermöglichen die Echtzeitüberwachung von Anlagen und Umweltfaktoren, sodass bei Problemen rechtzeitig reagiert und Ausfallzeiten vermieden werden können.

Verbesserte Sicherheit und Gefahrenabwehr

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

Verbessertes Kundenerlebnis

IoT-Systeme können Kunden ein stärker personalisiertes und nahtloses Erlebnis bieten – von intelligenten Haushaltsgeräten bis hin zu Wearables.

Datenerfassung und -analyse

IoT-Systeme erzeugen große Datenmengen, die erfasst und analysiert werden können, um fundierte Entscheidungen zu treffen, Trends zu erkennen und Prozesse zu optimieren.

Nachteile des IoT

IoT-Systeme können zwar zur Verbesserung vieler Branchen beitragen, bringen jedoch auch ganz eigene Herausforderungen und Risiken mit sich:

Produktionskosten

IoT-Systeme können in der Anschaffung teuer sein und nach der Implementierung zusätzliche Kosten verursachen. Für kleine oder mittelständische Unternehmen ist eine Investition in IoT möglicherweise nicht wirtschaftlich.

Empfehlung: Bewerten Sie vor einer Investition sorgfältig die Kosten und Vorteile der Einführung von IoT. Berücksichtigen Sie dabei auch die Kosten für die Entwicklung, Wartung und Absicherung von IoT-Geräten.

Sicherheit

IoT-Systeme können anfällig für Sicherheitsverletzungen sein, die zum Diebstahl sensibler 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 erfassen riesige Datenmengen, die sensible Informationen über Einzelpersonen und Organisationen enthalten können.

Empfehlung: Ermitteln Sie, welche Mindestmenge an Daten Sie erfassen müssen, um IoT-Dienste bereitzustellen. Kommunizieren Sie transparent, wie Daten erfasst werden, und ergreifen Sie Maßnahmen zum Schutz der Privatsphäre der Personen und Organisationen, deren Daten erfasst werden.

Interoperabilität

IoT-Geräte und -Anwendungen basieren häufig auf unterschiedlichen Technologien und Protokollen, was ihre Integration in andere Systeme und Geräte erschweren kann. IoT-Systeme sind Teil einer sich stetig weiterentwickelnden Branche. Ohne allgemein anerkannte Standards und Protokolle können Geräte und Systeme schnell isoliert oder fragmentiert werden. Dies kann zu Kompatibilitätsproblemen sowie zu Schwierigkeiten bei der Verwaltung und Wartung von IoT-Systemen führen.

Empfehlung: Implementieren Sie nach Möglichkeit standardisierte Protokolle und Datenformate. Die Branche muss Standards festlegen, um die Interoperabilität zu verbessern.

Komplexität

IoT-Systeme umfassen zahlreiche Geräte und Datenquellen, was eine schnelle Skalierung erschweren kann.

Empfehlung: Für Teams, die für IoT-Systeme verantwortlich sind, ist es wichtig, ein klares Verständnis der zur Unterstützung dieser Systeme erforderlichen Architektur und Infrastruktur sowie der für ihre Verwaltung und Wartung benötigten Kompetenzen und Ressourcen zu haben.

Wie kommunizieren IoT-Geräte?

Bei der Entscheidung, welches Protokoll oder welche Technologie für IoT-Geräte und -Anwendungsfälle eingesetzt werden soll, muss die Konnektivität eine zentrale Rolle spielen. IoT-Geräte nutzen in der Regel eine cloudbasierte IoT-Plattform, die verschiedene Dienste wie Geräteverwaltung, Datenspeicherung und Analysen bereitstellt.

Für die Kommunikation mit Geräten verwendet die IoT-Plattform in der Regel APIs und Protokolle wie HTTP, Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) und Constrained Application Protocol (CoAP). Weitere Kommunikationsmethoden sind:

  • WLAN – Wird häufig in Situationen eingesetzt, in denen sich alle Geräte in Reichweite eines WLAN-Zugangspunkts befinden (z. B. in einem Smart Home oder bei einem tragbaren Gerät zur Überwachung der Gesundheitswerte eines Patienten im Krankenhaus). WLAN bietet in der Regel eine gute Reichweite und eignet sich daher für die schnelle Datenübertragung bei geringer Latenz.
  • Bluetooth – Als alltägliche Kommunikationstechnologie eignet sich Bluetooth gut für Informationen, die über kurze Entfernungen zwischen IoT-Geräten ausgetauscht werden müssen (z. B. beim Musikhören auf einem Smartphone mit kabellosen Kopfhörern).
  • Zigbee – Dieses stromsparende drahtlose Kommunikationsprotokoll wird häufig in industriellen Umgebungen eingesetzt und zeichnet sich durch einen äußerst geringen Energieverbrauch aus. Daher eignet sich Zigbee ideal für Geräte, die über lange Zeiträume ohne Aufladen betrieben werden müssen. Zudem kann Zigbee zahlreiche Geräte gleichzeitig in einem einzigen Netzwerk unterstützen.
  • LoRaWAN – Ein drahtloses Kommunikationsprotokoll mit großer Reichweite für Low-Power-Wide-Area-Netzwerke (LPWA), das häufig in der Landwirtschaft, in Smart Cities und in anderen Bereichen eingesetzt wird, in denen eine Kommunikation über große Entfernungen entscheidend ist. LoRaWAN ist die Cloud-Schicht, die auf der proprietären Funkkommunikationstechnik LoRa basiert.
  • Mobilfunk – Aufgrund seiner großen Reichweite in Verbindung mit cloudbasierten Systemen eine praktikable Option für Anwendungsfälle über große Entfernungen. Allerdings kann Mobilfunk aufgrund von Steuern und regelmäßiger Wartung kostspielig sein.

Was umfasst die Entwicklung von IoT-Software?

Die Entwicklung von IoT-Software kann eine Vielzahl von Aufgaben umfassen, darunter die Entwicklung von Firmware und Treibern für IoT-Geräte, die Konzeption und Implementierung von Kommunikationsprotokollen zwischen Geräten und Backend-Systemen, der Aufbau cloudbasierter Plattformen zur Verwaltung und Analyse von Daten aus IoT-Geräten sowie die Entwicklung von Mobil- oder Webanwendungen für die Interaktion mit IoT-Plattformen.

Entwickler, die mit der Entwicklung von IoT-Software oder -Geräten betraut sind, müssen Sicherheits- und Datenschutzaspekte berücksichtigen. IoT-Geräte sind häufig mit sensiblen Systemen und Netzwerken verbunden und dabei oft auf mehrere Authentifizierungsebenen, Zugriffsbeschränkungen und andere strenge Sicherheitsmaßnahmen angewiesen, die vor Cyberangriffen und Datenschutzverletzungen schützen sollen.

Die gewünschten Qualifikationen für IoT-Entwickler variieren je nach Branche und Unternehmen. Ein Entwickler bei einem Unternehmen für autonome Fahrzeuge sollte beispielsweise Erfahrung im Umgang mit Cloud-Systemen haben, da die Fahrzeugsensoren Daten austauschen.

Weitere gefragte Fähigkeiten für Stellen in der IoT-Entwicklung sind:

  • 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 von IoT-Technologie zu beachten ist

Softwareentwickler, die IoT einsetzen möchten, müssen zunächst einen Anwendungsfall definieren. Fragen Sie sich: Wie lässt sich IoT-Technologie auf dieses konkrete geschäftliche Problem oder diese Chance anwenden? Das kann von der Optimierung bestehender externer Prozesse bis hin zur Straffung interner Arbeitsabläufe reichen. Sobald ein Anwendungsfall feststeht, sollten Sie eine Strategie für den Einsatz von IoT-Technologie zur Lösung des Problems entwickeln.

Informieren Sie sich anschließend über IoT-Plattformen. Bewerten Sie die verfügbaren Plattformen mit Blick auf den von Ihnen ermittelten Anwendungsfall und anhand der spezifischen Funktionen und Fähigkeiten, die Ihre Lösung benötigt. Testen Sie dann die Plattformen, die in die engere Auswahl gekommen sind. Wie bei jedem Softwareentwicklungsprojekt ist es wichtig, Ihre IoT-Anwendungen zu testen und iterativ weiterzuentwickeln, um sicherzustellen, dass sie wie vorgesehen funktionieren. Dazu können Benutzertests, Lasttests für IoT-Geräte und -Netzwerke sowie die Überwachung der Leistung Ihrer Anwendungen unter realen Bedingungen gehören.

Führen Sie abschließend eine Sicherheitsprüfung durch. IoT-Geräte und -Netzwerke können anfällig für Sicherheitsverletzungen sein. Daher ist es wichtig, Maßnahmen zum Schutz Ihrer IoT-Anwendungen und -Daten zu ergreifen. Dazu können die Implementierung starker Verschlüsselungsprotokolle und die Verwendung sicherer Authentifizierungsmech

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