Was steckt hinter dem Internet der Dinge?

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Der Blick auf das IoT von der technischen Seite

Bild 2: Elemente des Internets der Dinge: Dinge, Kommunikationsnetze, Computer.
(Bild: Applied Informatics)

Betrachten wir das Internet der Dinge von der technischen Seite. In den letzten Jahren entstand eine Vielzahl von Techniken, die verschiedene Aspekte oder Ebenen des IoT abdecken. Eine typische Referenzarchitektur für ein IoT-System besteht aus folgenden Komponenten: Sensoren beziehungsweise Aktoren, die etwa über ein drahtloses Sensornetzwerk mit einem IoT-Gateway (auch Basisstation genannt) verbunden sind.

Dieses Gateway hat die Aufgabe, mit den angeschlossenen Sensoren oder Aktoren zu kommunizieren und in weiterer Folge die Verbindung zur nächsthöheren Ebene, oft als Cloud bezeichnet, herzustellen. In der Cloud wiederum laufen all jene Applikationen, die die anfallenden Daten auswerten und in die Geschäftsprozesse des Unternehmens integrieren. Ob diese Applikationen jetzt auf einem öffentlichen („public“) Cloud-Service im Internet laufen, oder im privaten Rechenzentrum („private“ Cloud) eines Unternehmens, ist hier zweitrangig, da die Kommunikation in beiden Fällen gleich abläuft.

Security-Aspekte, insbesondere verschlüsselte Kommunikation und Datenschutz, sind aber unbedingt zu berücksichtigen. Diese Architektur ist natürlich nicht in Stein gemeißelt. So können die Rollen von IoT-Gateway und Sensor/Aktor vom selben Gerät übernommen werden. Der Kommunikationsfluss ist in beide Richtungen möglich. Dinge können Informationen aus der Cloud beziehen und auch lokal untereinander, ohne Umweg über die Cloud, kommunizieren.

Beginnen wir bei den kleinsten Geräten wie Sensoren oder Aktoren, die über ein Sensornetzwerk untereinander sowie mit einem IoT-Gateway (Basisstation), verbunden sind. Diese Devices basieren üblicherweise auf einem kleinen 8, 16 oder 32-Bit-Microcontroller wie einem Atmel AVR oder einem ARM Cortex M. Zur Vernetzung kommt ein typischerweise ein auf IEEE 802.15.4-basiertes Funknetzwerk zum Einsatz.

Für diese Devices wurden eine Reihe von kleinen, spezialisierten Betriebssystemen entwickelt, wie etwa Contiki, Tiny OS, RIOT oder mbed. Diesen Systemen ist gemein, dass sie von Grund auf für Vernetzung, als auch Energieeffizienz ausgelegt sind.

6LoWPAN und CoAP dürften sich hier als Standard-Netzwerkprotokolle etablieren, da diese Protokolle offen und frei verfügbar sind. Techniken wie ZigBee, Z-Wave, Bluetooth, Enocean, Thread, aber auch Wi-Fi, kommen hier ebenfalls zum Einsatz. Im Industriebereich sind auch Feldbussysteme anzutreffen, OPC-UA und DDS sind ebenso von Bedeutung.

Artikelfiles und Artikellinks

Link: Beitrag im Original erschienen in: ELEKTRONIKPRAXIS Sonderheft Embedded Software Engineering II (kostenlose ePaper-Version)

Link: Heftausgabe als pdf

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