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Kommentar von Constantin Gonzalez, AWS Internet of Things – grenzenlose Verbindungen

Autor / Redakteur: Constantin Gonzalez / Nico Litzel

Das Interesse rund um das Internet of Things (IoT) ist gewaltig. Das gilt insbesondere bei Entwicklern, die neue Möglichkeiten erhalten, Geräte einfach und sicher mit der Cloud zu verbinden und Gerätedaten zu verarbeiten. Mit der IoT-Plattform von Amazon Web Services ist es beispielsweise möglich, Milliarden von Geräten zuverlässig zu skalieren und Billionen von Datentransfers zu verarbeiten.

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Der Autor: Constantin Gonzalez ist Principal Solutions Architect bei AWS
Der Autor: Constantin Gonzalez ist Principal Solutions Architect bei AWS
(Bild: AWS)

Das IoT ermöglicht es, intelligente Produkte zu entwickeln, die sich im Laufe der Zeit verbessern können. Ein Beispiel dafür ist das Lautsprechersystem von Sonos. Das Unternehmen brachte 2006 Lautsprecher auf den Markt, die sich mit Apps verbinden lassen und so vom Nutzer gesteuert werden können.

Inzwischen sind mehr als 60 Streaming-Dienste auf Sonos verfügbar – ein Beispiel, das die Möglichkeiten von vernetzten Geräten verdeutlicht. Das Besondere daran: Das zehn Jahre alte Produkt wird stets mit aktuellsten Features up to date gehalten. Mit einem einzigen Softwareupdate ist es möglich, einen neuen Streaming-Dienst hinzuzufügen oder die Funktion einer Taste zu verändern. So hat Sonos es geschafft, mit der sich verändernden Hi-Fi-Industrie, in der Musikstreaming zum Mainstream geworden ist, Schritt zu halten.

Sonos nutzt Amazon Kinesis, um den Dienst seinen Nutzern bereitzustellen. Damit die Datenmenge verarbeitet werden kann, bedient sich das Unternehmen am Service Amazon Elastic MapReduce und dem Verarbeitungssystem Apache Spark.

Beispiel HealthSuite von Philips

Ein weiteres Beispiel für die erfolgreiche IoT-Integration ist die digitale Plattform HealthSuite von Philips. Sie ermöglicht es Menschen, mehr Kontrolle über ihre Gesundheit zu erlangen und einen gesünderen Lebensstil zu entwickeln. An die Plattform sind mittlerweile mehr als sieben Millionen vernetzte Geräte angebunden, darunter medizinische Anwendungen für Klinikpersonal, Patienten und Verbraucher sowie Sensoren und mobile Apps.

Durch eine Erweiterung um AWS IoT konnte Philips die Entwicklung der Plattform deutlich beschleunigen. Die AWS Cloud ermöglicht es, Daten von unterschiedlichen Geräten in Echtzeit zu sammeln, zu verarbeiten und darauf zu reagieren. Das Ergebnis sind intelligente Produkte, die sich mit der Zeit immer stärker personalisieren lassen und so dabei unterstützen, das Bewusstsein für die eigene Gesundheit zu schärfen.

IoT schafft neue Möglichkeiten

Die Beispiele zeigen: Durch die Anbindung ihrer Lösungen an das Internet können Unternehmen große Datenmengen sammeln und effizienter sowie besser planen. Zum einen ist mehr Wissen vorhanden, um fundierte Entscheidungen zu treffen. Zum anderen kommt ein Unternehmen seinen Kunden näher und erhält Feedback für eine verbesserte Gerätenutzung. In mancher Hinsicht ähnelt das agilen Softwareentwicklungs-Methoden: Dabei stellen Unternehmen kleine Updates bereit, um vom Nutzer zu erfahren, welche zusätzlichen Funktionen er sich wünscht. Der gleiche agile Ansatz wird auch bei der Entwicklung von Hardware verwendet. Die Vernetzung der Geräte ermöglicht es, Rückmeldungen von Anwendern einzuholen, um bestmögliche Produkte herzustellen.

Das Internet of Things verändert außerdem die Art und Weise, wie Nutzer Produkte bedienen. Jahrelang waren sie Tastaturen und Mäuse für Computer oder Fernbedienungen mit etlichen Tasten für Fernseher gewöhnt. Bis vor einigen Jahren so genannte „vermittelnde“ Schnittstellen in Form von Touchscreens aufkamen. Sie erleichtern es neuen Nutzergruppen, vor allem älteren und sehr jungen Menschen, mit Produkten wie Tablets und Smartphones zu interagieren. Denn: Mit vernetzten Geräten ist das Produkt selbst die Schnittstelle.

Bei noch weiter entwickelten Interfaces, etwa im Zusammenhang mit Spracherkennung, empfindet der User die Kommunikation als natürlich. Mit Amazon Echo beispielsweise können Anwender per Stimme verschiedene Dienste bedienen. So ist möglich, die aktuellen Nachrichten zu verfolgen oder den Wecker einzustellen, während das Essen zubereitet wird. Diese Funktionalität ist für Entwickler verfügbar, die Spracherkennung mit dem Alexa Voice Service (AVS) in ihre Applikationen oder Geräte integrieren. Das Alexa Skills Kit (ASK) bringt Amazon Echo neue Sprachbefehle bei.

Von der Theorie zur Praxis

Nichtsdestotrotz sind die Verwaltung und der Aufbau von IoT-Lösungen immer noch mit sehr viel Aufwand verbunden. Besonders wenn Entwickler Geräte unterschiedlicher Hersteller über die IoT-Plattform verwalten. Das gilt vor allem für die Verwaltung und das Management. Den Stromverbrauch zu steuern kann sich beispielsweise kompliziert gestalten – manchmal muss auf Akkus zurückgegriffen werden. Auch bei der eigentlichen Vernetzung der Geräte mit dem Internet muss das Entwicklerteam nachhelfen, weil verschiedene Protokolle von unterschiedlichen Geräten unterstützt werden müssen. Hat ein Team Tausende oder gar Millionen von Geräten zu verwalten, ist zudem die Konfiguration ein zentrales Thema. Der Grund: Viele Geräte werden nicht einsatzbereit ausgeliefert, sondern müssen vor dem ersten Einsatz erst konfiguriert werden.

Ein Unternehmen, das diese Komplexität meistern konnte, ist Veniam. Veniam ist Hersteller des weltweit größten Fahrzeugnetzwerks. Das Unternehmen vernetzt heute mehr als 600 Fahrzeuge, indem es diese als WLAN-Hotspots verwendet und verwaltet die Daten im sogenannten Internet of Moving Things. Das Unternehmen sammelt Informationen von privaten und öffentlichen Transportsystemen und analysiert diese in Echtzeit mit einer niedrigen Latenzzeit. Das Ergebnis sind valide Informationen, die zu einer lückenlosen Funkversorgung und einer verbesserten Sicherheit führen.

Während traditionelle dreistufige Netzwerke starr konzipiert sind und Objekte sich gerade in großen Netzwerken recht träge bewegen, nutzt Veniam ein „meshed“ Netzwerk. Es besteht aus Datenknoten, die jeweils mit mehreren anderen verbunden sind. Die Daten werden von Knoten zu Knoten weitergegeben, bis sie das Ziel erreichen. Dadurch ist es Veniam möglich, Daten in Echtzeit zu analysieren.

Das Unternehmen nutzt AWS IoT für das firmeneigene Fahrzeugnetzwerk, um Infrastruktur, Menschen und Dinge untereinander und mit dem Internet zu verbinden.

Die Technologie unterstützt das Konzept „Smart Cities“, das Menschen mit ihrer Umgebung vernetzt. Zu den Vorteilen gehören etwa die Bereitstellung von WLAN in öffentlichen Verkehrsmitteln, die Fähigkeit, schneller auf Transportbedürfnisse reagieren zu können oder die Route von Müllfahrzeugen anpassen zu können. Das verbessert die Lebensqualität, gleichzeitig ergeben sich unzählige sozioökonomische Vorteile, die bisher nur in der Theorie konzipiert wurden.

IoT vereint zwei Welten

Das Internet of Things bringt also zwei Welten zusammen. Auf der einen Seite nutzen Unternehmen M2M-Lösungen für den automatisierten Informationsaustausch zwischen Endgeräten unter Anwendung von Fernmessung. Auf der anderen Seite ist es die traditionelle Umgebung der Webapplikationen und REST Services für Entwickler. AWS IoT vereint diese beiden Welten.

Sicherheit und Skalierbarkeit sind wesentliche Aspekte des Einsatzes von AWS IoT: Sind beispielsweise Haushaltsgeräte mit dem Internet verbunden, muss sichergestellt sein, wer sich neben dem Anwender selbst mit dem Internet verbinden kann. Ebenso kommt es darauf an, alle Daten verschlüsselt zu übertragen. Auch die Skalierbarkeit ist eine zentrale Eigenschaft jeder IT-Infrastruktur. Hat ein neu implementierter Service Erfolg, muss die Skalierbarkeit gewährleistet sein, um ihn für eine steigende Nutzerzahl verfügbar machen zu können. Gleiches gilt für Sensoren und Geräte für das IoT. Andernfalls werden Anbieter nicht in der Lage sein, Nutzern einen hochwertigen Service bereitzustellen.

Die AWS-IoT-Plattform

AWS IoT ist eine Plattform, auf der Entwickler einfach und sicher IoT-Geräte wie etwa Sensoren und Aktoren vernetzen können. Sie hilft Entwicklern dabei, die Anzahl der Verbindungen zu skalieren und zu verwalten, sowie Daten zu speichern und zu verarbeiten, um die benötigten Informationen zu erhalten.

Um Vernetzungen zu verwalten, unterstützt die IoT Plattform verschiedene Protokolle wie HTTP, MQTT und WebSockets und bietet Authentifizierungs- und Autorisationsfunktionen. Eine Device Registry ermöglicht es, Geräteinformationen wie die Firmware-Version oder die Seriennummern der verbundenen Geräte zu speichern. So lässt sich jedes Gerät eindeutig identifizieren und pflegen.

Damit Daten aus dem IoT entsprechend verarbeitet werden können, stehen spezielle Services bereit. Die Rules Engine verarbeitet Transfers sicher und zuverlässig und leitet sie verschlüsselt zu AWS-Endpunkten und anderen Geräten weiter. Mit AWS IoT ist es zudem einfach, IoT Applikationen zu entwickeln. AWS Services wie AWS Lambda, Amazon Kinesis, Amazon S3, Amazon Machine Learning und Amazon DynamoDB helfen dabei, Daten zu sammeln und zu verarbeiten.

Darüber hinaus lassen sie sich analysieren und basierend auf den generierten Daten nutzen, ohne dass die Infrastruktur seitens der Entwickler verwaltet werden muss. Device Shadows im AWS-IoT-Service ermöglicht es Cloud- und Mobilanwendungen, von Geräten gesendete Daten abzufragen und Befehle an Geräte zu senden, auch wenn diese nicht verbunden sind. Letztlich können Entwickler ein breites Spektrum an Geräten integrieren. Dafür stehen Software Development Kits für C, JavaScript, Arduino Yún und traditionelle mobile Plattformen wie iOS und Android zur Verfügung.

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