Big Data auswerten IoT-Standards für Big Data

Autor / Redakteur: Filipe Pereira Martins und Anna Kobylinska / Nico Litzel

Mit der IoT-Standardisierung steht und fällt die Interoperabilität von Endgeräten. Denn eine robuste Implementierung soll ja Daten liefern. IoT-Standards braucht das Land.

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Laut einer Prognose des Forschungsinstituts IDC soll der IoT-Markt seine zweistellige jährliche Wachstumsrate beibehalten und im kommenden Jahr (2022) die Marke von einer Billion US-Dollar durchbrechen.
Laut einer Prognose des Forschungsinstituts IDC soll der IoT-Markt seine zweistellige jährliche Wachstumsrate beibehalten und im kommenden Jahr (2022) die Marke von einer Billion US-Dollar durchbrechen.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Am 20. April 2021 gab die FIDO Alliance den Startschuss für das FIDO-Device-Onboard-(FDO)-Protokoll. Mit diesem Standard adressiert die FIDO Alliance die Herausforderungen der Sicherheit, Kostenkontrolle und Komplexität der IoT-Bereitstellung im großflächigen Einsatz. Für die IT-Industrie könnte die Initiative nicht schnell genug kommen.

IoT auf allen Zylindern

Laut einer Prognose des Forschungsinstituts IDC soll der IoT-Markt ungeachtet der Pandemie seine spektakuläre zweistellige jährliche Wachstumsrate beibehalten und im kommenden Jahr (2022) die Marke von einer Billion US-Dollar durchbrechen.

Rekordverdächtige Wachstumsdynamik hin oder her, in den Chefetagen machen sich die Zweifel breit. Eine kürzlich durchgeführte Umfrage des Forschungsinstituts Omdia („IoT Enterprise Survey 2021“) hat ergeben, dass die Mehrheit der Unternehmen ernsthafte Bedenken hat, was das Potenzial für Verletzungen ihrer IoT-Infrastrukturen angeht. Von den 170 befragten IoT-Führungskräften gaben 85 Prozent an, dass Sicherheitsbedenken nach wie vor ein großes Hindernis für die IoT-Einführung darstellten. Für fast zwei Drittel (64 Prozent) der Befragten sei End-to-end-IoT-Sicherheit die höchste kurzfristige Priorität, noch vor Edge Computing (55 Prozent), Künstlicher Intelligenz (KI)/maschinellem Lernen (50 Prozent) und 5G-Implementierungen (28 Prozent).

Gleichzeitig geben rund 90 Prozent der Unternehmen an, dass die Internet-of-Things-Technologie (IoT) für die digitale Transformation von zentraler Bedeutung sei und in mehreren Bereichen ihres Unternehmens eingesetzt werde.

Die großflächige Adoption von IoT steht und fällt mit der Interoperabilität.

Flickenteppich

Momentan besteht die Landschaft aus einem Flickenteppich von Netzwerkprotokollen. Dazu zählen:

  • Protokolle der Infrastrukturschicht (6LoWPAN, RPL, IPv4/IPv6, etc.),
  • Kommunikation-/Transport-Protokolle (Bluetooth, WiFi, LPWAN, etc.),
  • Standards der Identifikation/Authentifizierung (EPC, uCode, MAC-Adressen, etc.),
  • Protokolle der Diensterkennung: (mDNS, Googles Physical Web over Bluetooth LE, etc.),
  • Datenprotokolle (MQTT, CoAP, WebSocket),
  • IoT-Gerätemanagement-Standards für die Remote-Konfiguration und -Management von IoT-Endpunkten (TR-069, OMA-DM von der Open Mobile Alliance, etc.).

Aus allen diesen Elementen einer IoT-Implementierung können Daten in Analysen einfließen.

Protokolle der Infrastrukturschicht

IoT-Implementierungen können sich eine Vielzahl von Protokollen der Infrastrukturschicht zunutze machen, von IPv4/IPv6 über 6LoWPAN bis hin zu RPL.

Bei RPL handelt es sich um ein Routing-Protokoll, welches speziell für leistungsarme und verlustbehaftete Netzwerke entwickelt wurde, also für jene Netzwerke, die hauptsächlich aus Geräten mit geringer Leistung bestehen und bei denen es zu Paketverlusten kommen könnte. RPL optimiert die Konnektivität für die Many-to-One-Kommunikation und für die Fähigkeit der Knoten, Informationen zur Netzwerktopologie (also der Form und Zusammensetzung des Netzwerks) besonders effizient miteinander zu teilen.

6LoWPAN steht für IPV6 over Low Power Wireless Personal Area Networks. Dieser Standard ermöglicht es IoT-Geräten, die ja oft mit begrenzter Batterie- und Verarbeitungsleistung daherkommen, mit IPV6-Paketen über IEEE 802.15.4-Netzwerke zu kommunizieren. IEEE 802.15.4-Netzwerke sind für die Kommunikation mit geringem Stromverbrauch ausgelegt.

Standards der Identifikation/Authentifizierung

Damit sich IoT-Geräte gegenseitig eindeutig identifizieren können, müssen sie sich auf der Basis gemeinsamer Standards verständigen. So zum Beispiel verfügen alle Geräte in einem Netzwerk über eine sogenannte MAC-Adresse, eine eindeutige Kennung, die sie bei ihrer Fertigung vom jeweiligen Hersteller „erben“.

Bei uCode handelt es sich um ein eindeutiges Identifikationssystem, das ähnlich wie die ICANN-Domain-Namen-Registrierungs- und DNS-Verwaltungssysteme funktioniert. Eindeutige Codes werden von einer Reihe redundanter ID-Server verwaltet, die uCode-IDs ausgeben und auch auflösen können und Geräteinformationen zurückgeben, ähnlich wie ein DNS-Server eine eindeutige URL in eine IP-Adresse auflöst.

Ein Standard namens EPC (kurz für Elektronischen Produktcode) von GS1 erlaubt die Kodierung und Dekodierung universell eindeutiger Identifikatoren für jedes physische Objekt in der Welt, basierend auf Produktkategorie-Informationen (wie eine UPC-Nummer) und Seriennummern, die eindeutige Instanzen eines Objekttyps identifizieren und per RFID abrufbar sind (also ohne eine Sichtlinie und ohne einen Barcode-Scanner). Die GS1 ist eine gemeinnützige Organisation mit über 300.000 Mitgliedern, die sich mit der Standardisierung der Geschäftskommunikation beschäftigt.

Im März haben die GS1 in Europa und die LoRa Alliance eine Vereinbarung unterzeichnet, um die Verwendung von GS1 Supply Chain Standards mit LoRaWAN (Long Ranged Wide Area Network) zu untersuchen. Ein erstes Pilotprojekt in der Schienenlogistik in Frankreich sei bereits erfolgreich verlaufen.

Die Zusammenarbeit soll die Machbarkeit der Umsetzung von Objektidentifikatoren in LoRaWAN-Netzwerken unter Beweis stellen. Darüber hinaus soll ein erweitertes Datenformat entstehen, welches der Bahnindustrie zunutze kommen soll, um Geolocation-Anwendungen in Netzwerken zu verbessern sowie den Zugang zu zusätzlichen Sensordaten für die vorausschauende Wartung und das Asset Management zu gewährleisten.

Donna Moore, CEO und Chairwoman der LoRa Alliance
Donna Moore, CEO und Chairwoman der LoRa Alliance
(Bild: LorRa Alliance, https://lora-alliance.org/)

Der Einsatz von LoRaWAN habe sich in den letzten zwölf Monaten stark beschleunigt, sagt Donna Moore, CEO und Vorsitzende der LoRa Alliance. Im Jahr 2021 dürfte eine massive Skalierung von Anwendungen in verschiedenen Branchen stattfinden. „Ein klarer Trend, der sich herauskristallisiert hat, ist die Notwendigkeit von Multi-RAN-Strategien, um spezifische Anwendungsfälle zu adressieren“, so Moore. Die Kombination von Kurzstrecken-RFID- und Langstrecken-LoRaWAN-Netzwerken stelle eine riesige Marktchance dar, bei der eine kostengünstige drahtlose Kommunikation erreicht werden könne, die den Nutzen beider Technologien für die Anwender verstärke. Mit der strategischen Initiative ziele die LoRa Alliance darauf ab, IoT-Anwendungsszenarien zu vereinfachen und möchte dahingehend LoRaWAN mit offenen Standards zugänglicher und interoperabler gestalten.

Die Netzwerkreichweite von LoRaWAN deckt beinahe den gesamten Planeten ab.
Die Netzwerkreichweite von LoRaWAN deckt beinahe den gesamten Planeten ab.
(Bild: LoRa Alliance, https://lora-alliance.org/)

Protokolle der Diensterkennung

Protokolle der Diensterkennung sollen den eindeutig identifizierbaren IoT-Geräten leichte Auffindbarkeit der benötigten Dienste im Netzwerk ermöglichen.

mDNS ist eine DNS-Variante für kleine lokale Netze, die ohne NS-Server auskommt. Apples Protokoll Bonjour ist eine proprietäre Implementierung von mDNS.

Full-Stack

Zusätzlich zu diesen Bausteinen gibt es auch mehrschichtige Frameworks, die alle Teile des Stacks einer IoT-Anwendung abdecken.

IoTivity ist eine quelloffene Referenzimplementierung einer ganzen Gruppe von Standards der Open Connectivity Foundation (und Alljoyn, das mit IoTivity fusioniert hat).

OpenWeave, eine quelloffene Implementierung der Weave-Protokolls der Netzwerkanwendungsebene von Google, und Apples HomeKit zielen mit ihrem Full-Stack-Ansatz auf eine verbesserte Konnektivität von IoT-Endpunkten der Verbraucherklasse ab.

Das FDO-Protokoll

Bei dem FDO-Protokoll handelt es sich um einen neuen offenen IoT-Standard, mit dem sich Geräte „einfach und sicher“ in Cloud- und On-Premise-Management-Plattformen einbinden lassen sollen.

Die FIDO Alliance hat mehr als 250 der einflussreichsten und innovativsten Unternehmen und Regierungsbehörden aus der ganzen Welt zusammengebracht, um sich mit Herausforderungen der Cybersicherheit auseinanderzusetzen, um Datenschutzverletzungen zu beseitigen, und sicheres Online-Engagement zu ermöglichen.

Der neue FDO-Standard soll dazu beitragen, die Kosten zu senken, Zeit zu sparen und die Sicherheit zu verbessern, was der IoT-Industrie zu einem schnellen Wachstum verhelfen soll.

Fazit

IoT-Standards müssen nicht „nur“ ein theoretisches Anforderungsprofil erfüllen, sondern rein praktische Herausforderungen der Bereitstellung von IoT-Diensten meistern, sei es in Bezug auf Störungen der Konnektivität und/oder der Energieversorgung oder andere. Neue Standards, welche neuartige Anwendungsszenarien abdecken, sind erst noch in Entwicklung begriffen. Jetzt ist es für die betroffenen Organisationen an der Zeit, sich zu engagieren, um die Zukunft von IoT mitgestalten zu können.

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