Das Internet der Dinge (IoT) verlagert die Interaktion zwischen Menschen und Computern in einen umfassenden und weit verteilten Rahmen. Durch die Vernetzung verschiedener „Dinge“ und „Objekte“ – Smartphones, Lampen, Industriemaschinen, Wearables, Fernsensoren und physische Objekte, die mit RFID-Tags ausgestattet wurden – lassen sich Fortschritte erzielen, die noch vor wenigen Jahrzehnten unvorstellbar schienen.
Das IoT – ein Oberbegriff für ein riesiges Netzwerk verbundener Geräte – ist im Geschäfts- und Alltagsleben angekommen. Es dient inzwischen als Grundlage für eine deutlich fortschrittlichere Mensch-Maschine-Interaktion. Das Spektrum reicht von Raumthermostaten und Wearables bis hin zu Ortungssystemen und intelligenten Systemen für Landwirtschaft, Gebäude und sogar Städte.
Heute liegt praktisch keine Technologie außerhalb des IoT-Bereichs. Selbstfahrende Fahrzeuge, Fertigungsroboter, Umweltüberwachung, Lieferkettenverfolgung, Verkehrssysteme und medizinische Fernüberwachungsgeräte sind nur einige der Bereiche, die sich durch das IoT radikal verändern.
Der Mobilfunkanbieter Ericsson berichtet , dass derzeit weltweit rund 29 Milliarden IoT-Geräte im Einsatz sind. Unternehmen setzen zunehmend auf das IoT, um Innovationen voranzutreiben, Kosten zu senken, Sicherheit und Schutz zu verbessern und mehr Nachhaltigkeit zu fördern.
Es überrascht daher nicht, dass die weltweite COVID-19-Pandemie die Einführung von IoT-Technologien weiter beschleunigt hat. Der Bedarf an Automatisierung und berührungslosen Systemen ist sprunghaft gestiegen. Dazu gehören Lösungen für die Unterstützung von Remote-Arbeit ebenso wie verschiedene Gesundheitsscanner, Systeme zur Kontaktnachverfolgung, Crowdsourcing und digitale Zahlungen. Richtig eingesetzt, führt das IoT Systeme und Strukturen ein, die menschliche Fähigkeiten erreichen oder übertreffen.
- Eine kurze Geschichte des IoT
- Wie das IoT funktioniert
- Daten treiben das IoT an
- Das IoT ist ein Wirtschaftsfaktor
- Wie sicher ist das IoT?
- Ethische und datenschutzrechtliche Fragen im Zusammenhang mit dem IoT
- IoT: Eine vernetzte Welt nimmt Gestalt an
Eine kurze Geschichte des IoT
Seit den Anfängen der Computertechnik ist offensichtlich, dass vernetzte Geräte und Systeme einen Mehrwert bieten. Sie ermöglichen es Maschinen und Menschen, auf nützlichere und produktivere Weise miteinander zu interagieren. Die Wurzeln des IoT reichen bis ins Jahr 1969 zurück, als eine Gruppe renommierter Forscher ARPAnet (den Vorläufer des heutigen Internets) entwickelte. In den folgenden drei Jahrzehnten nahmen verschiedene Computer-, Netzwerk- und Funkprotokolle Gestalt an – und bildeten eine Grundlage für das IoT.
1999 führte Kevin Ashton vom MIT den Begriff „Internet der Dinge“ ein. Damals konzentrierte sich das Konzept stark auf RFID-Tags, die an physischen Objekten angebracht wurden. Nach der Jahrtausendwende erwiesen sich jedoch zwei Ereignisse als wegweisend. Anfang der 2000er-Jahre führte Amazon die AWS Cloud ein. Sie stellte einen agilen und flexiblen Rahmen für die Erfassung, Verwaltung und gemeinsame Nutzung von Daten bereit. Sechs Jahre später brachte Apple das erste iPhone auf den Markt. Es unterstützte anspruchsvolle Apps und ermöglichte eine jederzeit verfügbare Echtzeitverbindung.
2008 erreichte das IoT einen Meilenstein. Weltweit gab es mehr vernetzte Geräte als Menschen. In den folgenden Jahren führten weitere Entwicklungen bei Sensoren, Konnektivität und künstlicher Intelligenz (KI) zu immer ausgefeilteren und benutzerfreundlicheren IoT-Lösungen. Gleichzeitig entstanden Konsortien und Standards, die es erleichterten, den Wert einer vernetzten Welt zu maximieren.
In den vergangenen Jahren ist das IoT bemerkenswert schnell gereift. Speziell für das IoT entwickelte Sensoren und Mikrochips sind auf den Markt gekommen, Software und KI/Maschinelles Lernen haben sich weiterentwickelt, und Anbieter haben eine Reihe von Lösungen mit leistungsfähigeren Funktionen eingeführt.
Siehe auch: Was ist Edge Computing?
Wie das IoT funktioniert
Unzählige Geräte miteinander zu verbinden, klingt zwar nach einem einfachen Konzept, ist aber äußerst anspruchsvoll. IoT-Geräte müssen in vielen unterschiedlichen Situationen und Szenarien funktionieren. Sie müssen mit anderen digitalen Technologien ebenso wie mit älteren Systemen interagieren und dabei verschiedene Kommunikationsstandards und -protokolle nutzen. In vielen Fällen müssen IoT-Geräte mehrere Standards und Protokolle unterstützen.
Die Grundlage des IoT bilden das Internet Protocol (IP) und das Transmission Control Protocol (TCP). Diese Standards – die aus ARPAnet hervorgegangen und heute Bestandteil des Internets und des Webs sind – dienen als zugrunde liegende Protokolle für den Aufbau einer virtuellen Verbindung zwischen verschiedenen Sensoren, Geräten und Systemen.
IoT-Geräte verbinden sich mit IoT-Gateways oder Edge-Geräten, die Daten erfassen. Das moderne IoT besteht aus sieben grundlegenden Schichten innerhalb eines Open-Systems-Interconnection-Modells (OSI). Dazu gehören:
- Physische Schicht
- Datenverbindungsschicht
- Netzwerkschicht
- Transportschicht
- Sitzungsschicht
- Darstellungsschicht
- Anwendungsschicht
Die physische Schicht und die Datenverbindungsschicht bestimmen, wie Geräte mit dem IoT verbunden werden. Dazu können Kabel, Bluetooth oder WLAN gehören. Die Datenverbindungsschicht identifiziert verbundene Geräte anhand einer Media-Access-Control-Adresse (MAC-Adresse).
Die Netzwerkschicht, auch Internetschicht genannt, leitet Datenpakete an eine Internet-Protocol-Adresse (IP-Adresse) weiter. Heute bietet Internet Protocol Version 6 (IPv6) erweiterte Funktionen zur Netzwerkidentifikation und -steuerung, die den Betrieb des IoT ermöglichen.
Die Transportschicht ermöglicht die Ende-zu-Ende-Kommunikation zwischen einer Gruppe von IoT-Geräten und anderen Systemen. Sie erhöht die Zuverlässigkeit, verringert Überlastungen und stellt sicher, dass Pakete vollständig und in der richtigen Reihenfolge eintreffen.
Die Sitzungs-, Darstellungs- und Anwendungsschichten kümmern sich um anwendungsübergreifende Nachrichten und den Datenaustausch.
Anbieter und andere Akteure nutzen eine große Bandbreite an IoT-Protokollen, um die spezifischen Anforderungen der einzelnen Schichten abzudecken. Dazu gehören verschiedene Kommunikationstechnologien wie 5G und LTE, Bluetooth, Near Field Communication (NFC), LAN, RFID, ZigBee, WLAN, Low Power Wide Area Network (LPWAN), Wide Area Networks (WAN) und Metropolitan Area Network (MAN).
Jede dieser Technologien ermöglicht unterschiedliche Funktionen. RFID macht es beispielsweise möglich, einen Ortungschip an einem physischen Gegenstand anzubringen – etwa an einem medizinischen Gerät in einem Krankenhaus oder an einer Palette mit Lebensmitteln oder Medikamenten. ZigBee und ein ähnliches Protokoll namens Z-Wave nutzen ein Mesh-Netzwerk zur Datenübertragung – selbst wenn keine Mobilfunk- oder kabelgebundene Verbindung verfügbar ist.
Oft lassen sich jedoch verschiedene Technologien wie Bluetooth Low Energy, Z-Wave und 804.15.4 über IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks (6LoWPAN) miteinander verknüpfen und kombinieren, einen offenen Standard für energiearme Funkkommunikation mit dem Internet.
Ein großer Teil der von IoT-Geräten erfassten Daten wird in die Cloud gestreamt oder in Edge- und Fog-Systemen verwaltet. Diese können Daten abseits eines zentralen Servers oder der Cloud speichern und teilweise verarbeiten. Dieses Modell ermöglicht deutlich fortschrittlichere Echtzeitfunktionen, wie sie für Systeme wie digitale Zwillinge, intelligente Fertigung und Smart Cities benötigt werden.
Siehe auch: Die besten Tools für Datenanalysen
Daten treiben das IoT an
Im Kern ist das IoT ein Sensorsystem. Die „Augen, Ohren, Nase und Finger“ dieser vernetzten Welt befinden sich in verschiedenen Geräten, Sensoren und Chips. Sie erfassen die Daten, die Erkenntnisse, Automatisierung, KI und andere Funktionen speisen. Moderne IoT-Sensoren können Bewegung, Temperatur, Druck, Gas- und Chemikalienkonzentrationen, magnetische und elektrische Felder, Licht, Schall und vieles mehr erkennen.
So lässt sich beispielsweise feststellen, wann eine Brücke oder ein Tunnel repariert werden muss, wie sich die Leistung eines U-Bahn- oder Zugnetzes optimieren lässt und wann ein bestimmtes Ereignis eingetreten ist. Im letztgenannten Fall könnte ein Bewegungssensor eine Überwachungskamera einschalten, wenn jemand einen nicht autorisierten Bereich betritt.
Das IoT kann außerdem dazu beitragen, Maschinen betriebsbereit zu halten, vernetzte Gesundheitsversorgung zu unterstützen, die Transparenz in Lieferketten zu verbessern, Medieninhalte zu personalisieren und die Verwaltung von Infrastruktur und Ausrüstung zu erleichtern, etwa von Lagertanks und Transportfahrzeugen.
Alle von Sensoren erfassten Daten können außerdem Muster und Trends erkennen, die dem menschlichen Auge und Verstand entgehen. So kann das IoT beispielsweise einem Kreditkartenunternehmen helfen, Betrug zu erkennen, einem Speiseeishersteller zeigen, welche Geschmacksrichtungen an verschiedenen Orten beliebter sind, und einem Gesundheitsdienstleister Faktoren identifizieren, die zu Krankheiten und Beschwerden beitragen.
Wettervorhersagen sind in den vergangenen Jahren dank vernetzter Wetterstationen, die Daten auf Blockebene liefern, deutlich genauer geworden. In vielen Fällen installieren Privathaushalte und Unternehmen vernetzte Wetterstationen, deren Daten vom IoT aggregiert und zur Erstellung detaillierterer Vorhersagen verwendet werden. Diese Daten kommen Landwirten, Importeuren, Logistikunternehmen und vielen anderen zugute.
Die Geolokalisierung ist ein entscheidender Faktor, um all diese Daten miteinander zu verknüpfen. Sie ermöglicht ein tieferes und kontextbezogenes Verständnis der Daten, schafft aber auch fortschrittlichere Funktionen, die es einem Mautsystem wie E-ZPass oder einem Unternehmen wie Lyft erlauben, seine besondere Leistung zu erbringen. Die Möglichkeiten sind nahezu grenzenlos. Mit IoT-Geolokalisierungsdaten wird es plötzlich möglich, Autos, Motorroller oder Schadstoffe zu identifizieren und Dienste, Zahlungen und Lösungen darüberzulegen.
Für Unternehmen, die den größtmöglichen Nutzen aus dem IoT ziehen möchten, ist es natürlich entscheidend, die Genauigkeit der Daten sicherzustellen. Eine der größten Herausforderungen besteht darin, wie Daten kombiniert werden – und welche Daten ausgeschlossen werden. Datenwissenschaftler müssen sicherstellen, dass Software und andere Tools die richtigen Daten zum richtigen Zeitpunkt abrufen, sie korrekt anordnen und so kombinieren, dass aussagekräftige Ergebnisse entstehen.
Wenn Daten korrekt zusammengetragen und sequenziert werden, lassen sich äußerst detaillierte Momentaufnahmen von Handlungen, Bewegungen, Ereignissen, Verhaltensweisen und Bedingungen erstellen. Dies kann Unternehmen dabei helfen, elastischere und dynamischere Preismodelle, äußerst genaue vorausschauende Wartungskonzepte, intelligentere Beschaffungs- und Lieferketten und vieles mehr zu entwickeln. Wenn Unternehmen all diese Daten aufschlüsseln, verarbeiten und analysieren – oft mithilfe von Verfahren des maschinellen Lernens (ML) und Deep Learning (DL) –, folgen daraus wertvolle Erkenntnisse, Informationen und Wissen.
Siehe auch: Die besten Tools zur Datenvisualisierung
Das IoT ist ein Wirtschaftsfaktor
Laut dem Weltwirtschaftsforum ist das IoT Teil der Vierten Industriellen Revolution. Das Zusammenwirken verschiedener digitaler Technologien ermöglicht Dinge wie Präzisionslandwirtschaft, intelligente Fabriken, digitale Zwillinge, vollständig autonome Fahrzeuge und Robotik, automatisierte Lager und Lebensmittelgeschäfte sowie völlig neue Geschäftsmodelle, die vor der Entstehung des IoT nicht möglich waren.
Digitale Zwillinge sind eine besonders überzeugende Lösung. Diese Systeme – die typischerweise Daten aus Gebäuden, Straßen, Lagertanks, Motoren, Fertigungsanlagen, Produkten und zahlreichen anderen Quellen extrahieren – erstellen virtuelle Modelle oder „Zwillinge“ realer Produkte, Dienstleistungen und Systeme. In diesem simulierten Raum lassen sich verschiedene Optionen und Szenarien untersuchen sowie Leistung und mögliche Ergebnisse auf einer weitaus tieferen Ebene verstehen.
Durch die Anbindung an eine wachsende Sammlung von Standards, Protokollen und APIs können sich IoT-Systeme auf immer ausgefeiltere Weise verbinden und untereinander vernetzen. Es ist möglich, auf umfassendere Technologieplattformen zuzugreifen, die sich mit KI und Automatisierung überschneiden. Zunehmend bieten Anbieter wie AWS, Google, Cisco, Microsoft, IBM, SAP und andere IoT- und Industrial-IoT-Plattformen (IIoT) an, die verschiedene Funktionen kombinieren und Plug-and-Play-Fähigkeiten bereitstellen.
Diese Anbieterplattformen umfassen inzwischen hochintegrierte Tools für die automatische Bereitstellung, Datenerfassung, Cloud- und Edge-Speicherung, die Fernverwaltung von Geräten, Analysen und maschinelles Lernen, die Durchsetzung von Richtlinien sowie Sicherheit. Viele dieser Systeme sind hochgradig skalierbar und enthalten Vorlagen und Funktionen für bestimmte Branchen wie Fertigung, Gesundheitswesen, Finanzwesen und Transport.
Dies führt in mehreren Bereichen zu potenziellen Verbesserungen: Arbeitssicherheit, Produktionsverfügbarkeit, Produktqualität, Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, betriebliche Effizienz, physische Sicherheit und vieles mehr. Zusammen können IoT und IIoT Einblicke in Bedingungen liefern, die über das Unternehmen hinausreichen.
Heute sind IoT-Plattformen eine wertvolle Ressource für kleine wie große Unternehmen. Sie verringern – und machen in manchen Fällen überflüssig – die Notwendigkeit, ein IoT-Framework von Grund auf zusammenzustellen und personelle sowie finanzielle Ressourcen für die Pflege und Aktualisierung einer vernetzten Technologie- und Geschäftsstruktur bereitzustellen.
Siehe auch: Die führenden Unternehmen für digitale Transformation
Wie sicher ist das IoT?
Eine unbequeme Wahrheit lautet, dass das IoT nicht von sich aus sicher ist. Da es aus einem Sammelsurium von Protokollen, Standards und Anbietern besteht, muss jedes Unternehmen, das sich in eine hochgradig vernetzte Welt vorwagt, umfangreiche Vorsichtsmaßnahmen treffen und starke Schutzvorkehrungen umsetzen. Außerdem nehmen die Sicherheitsprobleme zu, wenn Unternehmen große Mengen an IoT-Geräten ansammeln – manchmal bis in den Millionenbereich.
Es ist kein Geheimnis, dass Datenschutzverletzungen und Ransomware-Angriffe epidemische Ausmaße angenommen haben. Während der Pandemie verschärfte sich das Problem. Je mehr vernetzte Geräte auftauchen, desto größer werden potenzielle Lücken und Ausfälle. Erschwerend kommt hinzu, dass herkömmliche Sicherheitstools IoT-Geräte und -Daten nicht unbedingt schützen.
Ein Teil der Sicherheitsproblematik hängt auch damit zusammen, wie IoT-Geräte gebaut sind – und welches Betriebssystem und welche Software sie verwenden. Leider nutzen Geräteanbieter häufig veraltete BIOS- und Betriebssystemstandards, die für die heutige Umgebung nicht gerüstet sind. Viele stellen außerdem keine regelmäßigen Patches und Updates bereit, um Sicherheitslücken und andere Probleme zu beheben.
Kriminelle haben bereits mit dem Internet verbundene Babyphone übernommen, intelligente Kühlschränke und Fernsehgeräte unter ihre Kontrolle gebracht und Zugriff auf Fahrzeuge und medizinische Geräte erlangt.
Letztlich muss die IoT-Sicherheit drei zentrale Bereiche abdecken:
Authentifizierung
Bei der Geräteauthentifizierung geht es zunehmend um Protokolle wie X.509, die Geräte, Gateways, Benutzer, Dienste und Anwendungen verifizieren. Der kryptografische Standard X.509 nutzt selbstsignierte oder von einer Zertifizierungsstelle signierte öffentliche Schlüsselzertifikate, die Identitäten über ein Netzwerk validieren.
Verschlüsselung
Die Verschlüsselung umfasst typischerweise den Netzwerkverschlüsselungsstandard Wireless Protected Access 2 (WPA2).
Portschutz
Beim Portschutz geht es darum, nicht benötigte Ports für den Betrieb eines IoT-Geräts zu deaktivieren oder sicherzustellen, dass sie durch eine Firewall geschützt sind.
Glücklicherweise widmet sich eine wachsende Zahl von Anbietern der IoT-Sicherheit. Sie führen stärker integrierte und optimierte Sicherheitslösungen für diese hochgradig vernetzte Geschäftswelt ein.
Siehe auch: Techniken des Data Mining
Ethische und datenschutzrechtliche Fragen im Zusammenhang mit dem IoT
Auch der Fokus auf Datenschutz und Ethik nimmt zu. Je stärker Daten vernetzt und miteinander verbunden werden, desto größer werden sowohl die Herausforderungen als auch die Risiken. Die Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO) der Europäischen Union, die 2018 in Kraft trat, führte strenge Regeln, Vorschriften und Strafen für Unternehmen ein, die Daten mit Bezug zu europäischen Bürgern verarbeiten.
2020 führte Kalifornien ein neues Gesetz ein, California Consumer Privacy Act (CCPA), wonach Hersteller „angemessene“ Sicherheitsfunktionen in IoT-Geräte integrieren müssen. Außerdem wurden damit Standards für Unternehmen eingeführt, die in Kalifornien Geschäfte machen, sowie Strafen für Verstöße und Datenschutzverletzungen. Ein schwerwiegender Verstoß kann Geldbußen von 2.500 US-Dollar bis 7.500 US-Dollar pro Verstoß sowie Maßnahmen durch die kalifornische Generalstaatsanwaltschaft nach sich ziehen.
Die Bedenken beschränken sich jedoch nicht auf Gesetze und Vorschriften. Datenschützer und ein wachsender Teil der Öffentlichkeit äußern sich zunehmend kritisch dazu, wie Gesichtserkennungsdaten, Gesundheitsdaten und andere Formen von IoT-Daten erhoben und verwendet werden. Daher müssen Unternehmen, die auf das IoT setzen, mehrere wichtige Bereiche und Instrumente genau unter die Lupe nehmen, darunter:
- Personalisierung von Daten
- De-Identifizierung und Re-Identifizierung von Daten
- Datenpersistenz
- Wie IoT-Daten gespeichert und aufbewahrt werden
Siehe auch: Leitfaden zur digitalen Transformation: Definition, Arten und Strategie
IoT: Eine vernetzte Welt nimmt Gestalt an
Für die meisten Unternehmen ist es keine praktikable Option mehr, an der Seitenlinie zu sitzen und auf die Reife des IoT zu warten. Das IoT und das IIoT sind bereits Realität und wertvolle Werkzeuge für Unternehmen jeder Größe und Ausrichtung. Branchen wie Finanzwesen, Fertigung, Landwirtschaft, Bauwesen, Energie, Verkehr und Gesundheitswesen erleben infolge vernetzter Technologien tiefgreifende Veränderungen.
Das Beratungsunternehmen McKinsey & Co. berichtet, dass die weltweite Zahl IoT-vernetzter Geräte bis 2023 voraussichtlich auf 43 Milliarden steigen wird – eine nahezu Verdreifachung gegenüber 2018. Das Unternehmen weist außerdem darauf hin, dass das IoT zunehmend entscheidend dafür ist, welche Unternehmen sich erfolgreich behaupten und Wachstum sowie neue Einnahmequellen generieren.
Darüber hinaus werden Sensortechnologie und andere IoT-Komponenten günstiger und deutlich leistungsfähiger. Wenn Unternehmen diese Komponenten mit leistungsfähigen 5G-, Cloud-, Edge- und Fog-Technologien kombinieren, vervielfacht sich die Leistungsfähigkeit des IoT weiter – und der Nutzen für die Unternehmen steigt. Die Ergänzung um erweiterte Realität, virtuelle Realität, Robotik und verschiedene Formen von KI setzt häufig neue und überzeugende Geschäftsmodelle frei.
Die Chancen enden nicht an den vier Wänden des Unternehmens. Das Weltwirtschaftsforum stellte fest, dass 84 % der bestehenden IoT-Einsätze die Ziele für nachhaltige Entwicklung der UN unterstützen oder das Potenzial dazu haben. Während Unternehmen Nachhaltigkeitsprogramme entwickeln und vorantreiben und ehrgeizige Ziele zur Reduzierung von CO2-Emissionen verfolgen, wird das IoT eine entscheidende Rolle bei der Messung von Fortschritten, der Ermittlung von Lücken und der Erreichung von Zielen spielen.
Fest steht: Das IoT steht im Zentrum all dessen, während Unternehmen ihre Modernisierung vorantreiben und durch Innovation, Kostensenkungen, neue Funktionen und Dienste sowie bessere Interaktionen mit Geschäftspartnern und Kunden Vorteile erzielen wollen. Beim IoT geht es letztlich um Geld – und um gesunden Geschäftssinn. Unternehmen, die es effektiv einsetzen, erleben Innovation und Transformation in einem Maßstab, der in der Vergangenheit nicht möglich war. Sie schöpfen das volle Potenzial der digitalen Transformation aus.
Siehe auch: Trends im Echtzeit-Datenmanagement