Internet der Dinge

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche
Das Internet der Dinge

Das Internet der Dinge (IdD) (auch: „Allesnetz“[1]; englisch Internet of Things, Kurzform: IoT) bezeichnet die Vision einer durch Informations- und Kommunikationstechniken in globalen Informationsgesellschaften vernetzten Infrastruktur von Alltagsgegenständen.[2][3]

Im Internet der Dinge registrieren Sensoren an den vernetzten Gebrauchsgegenständen einheitlich definierte Datenmengen und eingebettete Computer üben koordinierende Aufgaben aus. So werden z. B. Kleidungsstücke mit miniaturisierten Computern, sogenannten Wearables, versetzt, die dessen Lageposition bestimmen.

In seinem Aufsatz von 1991 The Computer for the 21st Century sprach Mark Weiser zum ersten Mal von dieser Vision.

Das Internet der Dinge bezeichnet die Verknüpfung eindeutig identifizierbarer physischer Objekte (things) mit einer virtuellen Repräsentation in einer Internet-ähnlichen Struktur. Es besteht nicht mehr nur aus teilnehmenden Personen, sondern auch aus Dingen. Der Begriff geht zurück auf Kevin Ashton, der erstmals 1999 „Internet of Things“ verwendet hat.[4] Bekannt wurde das Internet der Dinge durch die Aktivitäten der Auto-ID Labs.[5]

Die automatische Identifikation mittels RFID wird oft als Grundlage für das Internet der Dinge angesehen. Allerdings kann eine eindeutige Identifikation von Objekten auch mittels Strichcode oder 2D-Code erfolgen. Bauteile wie Sensoren und Aktoren erweitern die Funktionalität um die Erfassung von Zuständen bzw. die Ausführung von Aktionen. Erweiterte Definitionen zum Internet der Dinge betonen die Zugehörigkeit zum zukünftigen Internet (auch engl.: Future Internet)[6] sowie die Abgrenzung von verwandten Forschungsthemen.[7]

Zielsetzung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Lückenhaft In diesem Artikel oder Abschnitt fehlen folgende wichtige Informationen:
Was ist eine Informationslücke? Inwiefern soll sie zwischen der realen und virtuellen Welt bestehen und wer stellt dies fest? Welche Akteure geben dem Internet der Dinge das hier formulierte Ziel vor?
Du kannst Wikipedia helfen, indem du sie recherchierst und einfügst.

Ziel des Internets der Dinge ist es, automatisch relevante Informationen aus der realen Welt zu erfassen, miteinander zu verknüpfen und im Netzwerk verfügbar zu machen. Denn in der realen Welt haben Dinge einen bestimmten Zustand (z. B. „Luft ist kalt“, „Druckertoner ist voll“) und diesen gilt es im Netzwerk verfügbar zu machen, um Informationsbedarf zu decken. Ziel ist also, dass viele reale Dinge die eigenen Zustandsinformationen für die Weiterverarbeitung im Netzwerk zur Verfügung stellen. Das Netzwerk kann lokal, als VPN in sich geschlossen oder auch mit dem Internet über Firewalls verbunden sein. Solche Zustandsinformationen können Informationen über die aktuelle Nutzung, über Alterung, aber auch über besondere Umweltbedingungen an dem Ort des Teilnehmers sein. Solche Informationen können sowohl zur Verbesserung der Nutzbarkeit des Teilnehmers selbst ausgewertet werden (Früherkennung von Wartung oder Austausch etc.), als auch zur Verbesserung der Situation des umgebenden Bereiches (so kann z. B. die Reduktion des Energieaufwandes zur Heizung oder Kühlung an eine Vielzahl von Informationen im ganzen Raum gebunden werden, und so besser wirken als in der Regelinstallation, die mit einem einzelnen Sensor [an häufig ungeeigneter Stelle montiert] auskommen muss). In einem weiteren Schritt können digitale Services als Teil des IoT die Parametrisierung von Geräten so erleichtern und verbessern, dass sie auch dort geschieht, wo sie heute aus Kostengründen nicht stattfindet. Wichtige Schritte zu diesem Ziel sind

  • die Standardisierung der Komponenten und Dienste im Internet der Dinge;
  • die Einführung einer einfach zugänglichen, sicheren und allgemeinen Netzwerkanbindung, geeignet für alle Geräte mit eingebautem Mikrocontroller;
  • die Reduktion der Kosten für in das IoT integrierte Teilnehmer (Gerätekosten, Inbetriebnahmekosten, Anschlusskosten etc.);
  • die Entwicklung von kostenarmen, automatisierten (bis hin zu autonomen) digitalen Services im Netzwerk, die den zusätzlichen Nutzen der Vernetzung realisieren.

Abgrenzung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Internet der Dinge unterscheidet sich vom Konzept der ‚Selbststeuerung logistischer Prozesse‘.[8] Selbststeuernde Objekte benötigen nicht zwangsläufig Internet-ähnliche vernetzte Strukturen. Dennoch lassen sich Synergien herstellen, sodass zumindest in der Forschung beide Konzepte gerne verknüpft werden.[9] Weiterhin gibt es Überschneidungen mit Themenfeldern wie Ubiquitous Computing, Pervasive Computing, Industrie 4.0, Drahtlose Sensornetzwerke, dem Internet Protocol, Kommunikationstechnologien, cyber-physischen Systemen, Eingebetteten Systemen, Web2.0-Anwendungen, dem Internet (der Bürger) und dem Intranet bzw. Extranet der Dinge.[10] Gegenüber den dedizierten Netzwerken der Automationstechnik, welche sich an der für die Lösung der Aufgabe minimalen Ausrüstung orientiert, verfolgt das Konzept des Internets der Dinge den Ansatz, Information so breit wie möglich zur Verfügung zu stellen, damit die Nutzung dieser Information auch für Lösungen jenseits der heute definierten Zielsetzung möglich wird.

Technologie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Sollen lediglich Informationen von den physischen Repräsentationen der Akteure im Netzwerk abgerufen werden, reicht eine Identifikation beispielsweise mittels RFID oder QR-Code aus. Ein zentrales System kann so die für den Nutzer relevanten Daten aufgearbeitet zur Verfügung stellen, wie es beispielsweise bei der Paketverfolgung im Internet der Fall ist.

Sollen die Akteure allerdings auch selbst Informationen verarbeiten (beispielsweise bei einem Messsystem für Umweltwerte innerhalb einer Stadt), müssen sie mit datenverarbeitender Hardware ausgerüstet werden. Die Anforderungen an solche Hardware sind hohe Zuverlässigkeit und damit einhergehend ein geringer Wartungsaufwand, da eine hohe Ausfallrate Wartungsarbeiten an sehr vielen Geräten, die mitunter räumlich weit auseinander liegen oder schwer zu erreichen sind, nötig macht. Zusätzlich sollte der Energieverbrauch sehr niedrig sein, da die Hardware meistens rund um die Uhr läuft. Ebenfalls müssen die Anschaffungskosten gering sein, um möglichst viele physische Entitäten ausrüsten zu können. Integrierte Lösungen wie zum Beispiel ein System-on-a-Chip erfüllen diese Anforderungen.

Softwareseitig sollte ein Betriebssystem mit einem extrem niedrigen Speicherverbrauch verwendet werden, das einen Netzwerkstack zur Kommunikation zur Verfügung stellt. Projekte wie Contiki bieten diese Vorteile und sind auf vielen handelsüblichen Mikrocontrollerarchitekturen lauffähig.[11]

Weitere IoT Betriebssysteme sind:

  • Windows 10 IoT [12]
  • Android Things [13]

Energieverbrauch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Internationale Energieagentur ermittelte in einer Studie, dass Geräte aus dem Bereiche Internet der Dinge 2013 rund 616 Terawattstunden (TWh) an Energie verbraucht hätten, von denen etwa 400 TWh verschwendet worden seien. Die Steuersysteme mit ihrer permanenten Internetverbindung würden demnach selbst die Energie verbrauchen, die sie zuvor durch intelligentes Energiemanagement eingespart hätten.[14]

Datenerfassung und Datenschutz[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Da die „Dinge“ Daten erfassen, speichern und untereinander austauschen, sammeln sie auch Daten über ihre Nutzer und Anwender. Diese können interessant für Wirtschaftsunternehmen, Staaten oder Organisationen sein, sodass sie einen Zugriff darauf anstreben könnten. Deren Interessen stimmen jedoch oft nicht mit denen der Nutzer überein. Daher ist die Wahrung der Souveränität über das Persönlichkeits- oder Kundenprofil der Nutzer ein entscheidendes Anliegen des Datenschutzes.[15]

Sicherheitsmaßnahmen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Sicherungsmechanismen im Umfeld des Internet der Dinge sind keineswegs exklusive Mechanismen, die nur in diesem Bereich vorzufinden sind. Es handelt sich eher um die Anwendung verschiedener Maßnahmen auf der Software- und Netzwerkebene, um Informationssicherheit zu gewährleisten[16]. Die Schutzmaßnahmen können Zugriffe von außen auf die eingebundenen Geräte verhindern.

Eine generelle Schutzmaßnahme ist zum Beispiel die Wahl eines sicheren Passworts. Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik empfiehlt die UPnP-Funktion bei Routern zu deaktivieren, um zu verhindern, dass Geräte im Rahmen von Botnets für Denial of Service-Attacken missbraucht werden können.[17]

Um Zugriffe von außerhalb zu verhindern, gibt es verschiedene Möglichkeiten, zum Beispiel den offenen Standard Trusted Network Connect und Mutual Authentication:

  • Mutual Authentication: In einer Netzwerkumgebung können sich Geräte untereinander mit Zertifikaten authentifizieren und somit eine vertrauenswürdige Kommunikation gewährleisten. Dies wird durch eine hybride Verschlüsselung und durch Zertifikate realisiert.
  • Trusted Network Connect: Neben der Authentifizierung unter Geräten ist es ebenfalls möglich, alle Zugriffe innerhalb eines Netzwerks zu analysieren und somit die Sicherheit zu erhöhen. Dies ist ein offener Standard, der von der Trusted Network Group entwickelt wurde. Dafür werden zwei Instanzen implementiert: Der Policy Enforcement Point (PEP) und der Policy Decision Point (PDP). Der PEP legt die Richtlinien für Zugänge zum Netzwerk fest und kann gegebenenfalls Nutzern Zugriffsrechte entziehen und diese aus dem Netzwerk ausschließen. Je nach der Art der Authentifizierung des Nutzers darf dieser Zugriff auf Geräte, Server und Daten haben. Der PDP trifft die Autorisierungsentscheidungen für sich und für andere Systemeinheiten, wie zum Beispiel für den PEP. Möchte ein Nutzer eine Ressource des Netzwerks nutzen, sendet der PEP dessen Nutzerattribute und den gewünschten Nutzerzugriff über das IF-PEP-Protokoll (RFC 5792 PA-TNC) zum PDP. Dieser entscheidet anhand der Nutzerattribute, ob der Nutzer berechtigt ist oder nicht, und sendet dies dem PEP. Der PEP wird nun nach festgelegten Regeln den Zugriff erlauben, verbieten oder den Nutzer sperren.

Beispiele[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In der Anwendung reicht oft der Einsatz weniger technischer Komponenten und Funktionen im Internet der Dinge aus.[18]

  • Paketverfolgung über das Internet – Paketdienstleister bieten dem Paketempfänger die Möglichkeit, seine Sendung im Transportprozess zu verfolgen. Hierzu wird an den jeweiligen Transportstationen über Strichcodes oder 2D-Codes eine eindeutige Identifikation der Sendung vorgenommen und der aktuelle Status automatisch an eine Zentrale übertragen. Dieser Status kann vom Paketempfänger über eine entsprechende Webseite abgelesen werden.
  • Nachbestellung von Druckerpatronen – Der Drucker identifiziert seine Druckerpatronen mittels Chiptechnologie und überwacht so deren Füllstand. Unterschreitet der Füllstand eine vordefinierte Grenze, fordert der Drucker den Anwender zur Nachbestellung über die Herstellerwebseite auf.

In beiden Beispielen erfolgen eine eindeutige Identifikation und die Verknüpfung zu einer entsprechenden Internetseite, außerdem ist jeweils die menschliche Interaktion notwendig. Das Internet der Dinge soll jedoch ebenso die direkte rechnergestützte Informationsverarbeitung ermöglichen. Komplexere Anwendungen beinhalten zusätzlich Internet-basierte Verzeichnisdienste sowie die Wahlmöglichkeit zwischen unterschiedlichen Diensten.

  • Ein weiteres Beispiel ist das EPCglobal-Netzwerk. Allerdings beschränkt sich die EPCglobal-Architektur bisher auf logistische Anwendungen und stellt somit nur eine Untermenge der Zukunftsvision für das Internet der Dinge dar. RFID dient als Basistechnologie im EPCglobal-Netzwerk, mit der sich die reale Welt in die Informationswelt verlängern lässt, zum Beispiel anhand einer weltweit eindeutigen Identität wie dem Electronic Product Code. Diese Verschmelzung ermöglicht nicht nur das vereinfachte Management von bestehenden Geschäftsprozessen, sondern erlaubt auch die Entstehung von komplett neuen Märkten und Geschäftsmodellen. Mit dem EPCglobal und weiteren standardisierten Komponenten steht bereits heute ein Großteil der entsprechenden Infrastruktur bereit. Die Basisdienste dieser Infrastruktur bauen dabei funktional auf den Grundlagen des Internets auf.
  • Das folgende Beispiel soll das Potenzial für künftige Anwendungen deutlich machen. Die Einstellungen eines Bürostuhls (beispielsweise die Position und Federwirkung der Rückenstütze) haben auf die Gesundheit deutlichen Einfluss. Derzeit wird die Anpassung des Stuhls an die Körpereigenschaften des Nutzers vom Nutzer selbst (und weitgehend ohne Fachwissen, daher häufig auch unvorteilhaft) vorgenommen. Ein Experte, der die Einstellungen des Stuhls regelmäßig an die Bedürfnisse des Nutzers anpassen könnte, ist kostspielig. Wird der Stuhl zum Teilnehmer im Internet der Dinge, so ließen sich Messwerte von Sensoren im Stuhl erfassen, vom Hersteller im Rahmen eines kostenarmen Services über das Netzwerk auswerten damit verbesserte Einstellungen am Stuhl (ggf. wieder über das Netz) vornehmen. Die notwendige Betriebsenergie dafür kann aus dem Lastwechsel gewonnen werden.

Forschung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Forschung zum Thema wird seit Jahren von verschiedenen Einrichtungen betrieben. Dabei ist eine stetige thematische Erweiterung der ursprünglichen Vision der Auto-ID Labs[19] zu beobachten. Auf europäischer[20] und deutscher Ebene[21] wurde und wird eine Vielzahl von Forschungsprojekten zum Internet der Dinge gefördert, unter anderem auch zur Verknüpfung von physischen Objekten mit digitalen Gedächtnissen.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • H.-J. Bullinger, M. ten Hompel (Hrsg.): Internet der Dinge, Springer, Berlin 2007.
  • C. Engemann, F. Sprenger (Hrsg.): Internet der Dinge. Über smarte Objekte, intelligente Umgebungen und die technische Durchdringung der Welt. transcript, Bielefeld 2015, ISBN 978-3-8376-3046-6.
  • E. Fleisch, F. Mattern (Hrsg.): Das Internet der Dinge - Ubiquitous Computing und RFID in der Praxis, Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-24003-9.
  • F. Michahelles, J. Mitsugi (Hrsg.): Internet of Things (IOT 2010), Tokyo, Japan, November 29 - December 1, IEEE 2010, ISBN 978-1-4244-7415-8
  • M. ten Hompel, V. Heidenblut: Taschenlexikon Logistik, VDI-Buch, Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-28581-4
  • Schneider Electric, IoT Business Report 2020 – Schneider Electric Survey of more than 2500 Business Decision Makers about the Future of IoT
  • D. Uckelmann, M. Harrison, F. Michaelles (Hrsg.): Architecting the Internet of Things, Springer, Berlin 2011, ISBN 978-3-642-19156-5

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Wissenschaftliche Dienste des dt. Bundestages: Aktueller Begriff: Industrie 4.0. 26.09.2016, abgerufen am 07.10.2016 (PDF; 237kB, deutsch).
  2. Internationale Fernmeldeunion: "ITU-T Y.4000/Y.2060 (06/2012), Overview of the Internet of things, abgerufen am 29. Juli 2017.
  3. ITU Recommendation Y.2060 (06/12)
  4. Kevin Ashton: That 'Internet of Things' Thing. In: RFID Journal, 22. Juli 2009, gesichtet am 8. April 2011.
  5. F. Mattern, Ch. Flörkemeier: Vom Internet der Computer zum Internet der Dinge (PDF; 868 kB). Informatik-Spektrum, Vol. 33, No. 2, S. 107–121, April 2010, gesichtet am 28. November 2013.
  6. CERP-IOT: Internet of Things Strategic Research Roadmap (PDF-Datei; 850 kB). Abgerufen am 8. April 2011.
  7. D. Uckelmann, M. Harrison, F. Michahelles: An Architectural Approach towards the Future Internet of Things In: D. Uckelmann, M. Harrison, F. Michahelles (Hrsg.): Architecting the Internet of Things, Springer, Berlin 2011, gesichtet am 8. April 2011.
  8. Selbststeuerung in der Logistik (PDF; 665 kB) Abgerufen am 24. November 2013.
  9. D. Uckelmann, M.-A. Isenberg, M. Teucke, H. Halfar, B. Scholz-Reiter: Autonomous Control and the Internet of Things: Increasing Robustness, Scalability and Agility in Logistic Networks. In: D. C. Ranasinghe, Q. Z. Sheng, S. Zeadally (Hrsg.): Unique Radio Innovation for the 21st Century: Building Scalable and Global RFID Networks. Springer; Berlin 2010: 163-181.
  10. D. Uckelmann, M. Harrison, F. Michahelles: An Architectural Approach towards the Future Internet of Things In: D. Uckelmann, M. Harrison, F. Michahelles (Hrsg.): Architecting the Internet of Things, Springer, Berlin 2011, gesichtet am 8. April 2011.
  11. Webseite des Contiki-Projekts, ein Betriebssystem für das Internet der Dinge: http://www.contiki-os.org/#about
  12. https://developer.microsoft.com/en-us/windows/iot
  13. https://developer.android.com/things/index.html
  14. Studie: Internet of Things frisst zunehmend Energie. Heise.de vom 7. Juli 2014, gesichtet am 7. Juli 2014
  15. Badische-zeitung.de, 24. Februar 2015, „Thomas Steiner und unseren Agenturen“: Was Fernseher und Auto über unsere Daten verraten
  16. Webseite zur IoT-Sicherheit, http://www.iot-sicherheit.ch/, gesichtet am 25. Februar 2015.
  17. Der Bot im Babyfon, Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik vom 24. Oktober 2016, abgerufen am 27. Oktober 2016
  18. F. Mattern, Ch. Flörkemeier: Vom Internet der Computer zum Internet der Dinge (PDF; 868 kB). Informatik-Spektrum, Vol. 33, No. 2, S. 107–121, April 2010, gesichtet am 28. November 2013.
  19. Webseite der Auto-ID Labs, http://www.autoidlabs.org/, gesichtet am 8. April 2011.
  20. Webseite des IoT European Research Cluster, http://www.internet-of-things-research.eu/partners.htm, gesichtet am 8. April 2011.
  21. Internet der Dinge – Vernetzte Lebens- und Arbeitswelten. Webseite des BMWi-Technologieprogramms, gesichtet am 8. April 2011.