Bild 1: Der Trend, embedded IoT-Geräte in die Infrastruktur einzubinden reduziert die Anzahl notwendiger physischer Bewegungen und trägt damit zur Nachhaltigkeit bei.

Bild 1: Der Trend, embedded IoT-Geräte in die Infrastruktur einzubinden reduziert die Anzahl notwendiger physischer Bewegungen und trägt damit zur Nachhaltigkeit bei. (Bild: Analog Devices)

Bild 1: Der Trend, embedded IoT-Geräte in die Infrastruktur einzubinden reduziert die Anzahl notwendiger physischer Bewegungen und trägt damit zur Nachhaltigkeit bei.

Bild 1: Der Trend, embedded IoT-Geräte in die Infrastruktur einzubinden reduziert die Anzahl notwendiger physischer Bewegungen und trägt damit zur Nachhaltigkeit bei. Analog Devices

Kaum ist ein IoT-Gerät angeschafft, wird bereits die nächste Version angekündigt. Aber ein Austausch der Komponenten bei jeder technologischen Weiterentwicklung ist einfach zu kostspielig. Das bedeutet aber nicht, dass sich technologische Fortschritte nicht auf ein System auswirken. Ganz im Gegenteil: Ein sicheres IoT hat einen erheblichen Einfluss auf den Aufbau eines nachhaltigen globalen Ökosystems.

Die Menschheit befindet sich aktuell in einer großen Energiekrise, die sowohl den Bedarf an nachhaltigeren globalen Ökosystemen antreibt, als auch die Notwendigkeit zeigt, die CO2-Bilanz zu verbessern. Laut der US-amerikanischen Forschungseinrichtung Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) wurde 2019 eine Energiemenge von 67,5 quad (1 quad ≈ 1,055 E18 J, Nicht-SI-Einheit zur Angabe großer Energiemengen) als Wandlungsverluste verloren oder nicht genutzt. Dies bedeutet, dass weit mehr als die Hälfte der gesamt eingesetzten Energie als ungenutzte Wärme verloren geht.

Eck-Daten: IoT ermöglicht Nachhaltigkeit

Mehr als die Hälfte der eingesetzten Energie geht heute als ungenutzte Wärme verloren. Gerade beim Thema Energieeffizienz kann das IoT durch das Sammeln und Nutzen von Daten helfen. IoT-Geräte kommen zum Einsatz, um den Bedarf an Ressourcen zu reduzieren und vorhandene Ressourcen produktiver zu nutzen. Wesentlich ist dabei, dass das IoT abgesichert ist, denn die Angriffsoberfläche steigt mit jedem weiteren vernetzten Gerät weiter an. Besonders mit Hinblick auf Nachhaltigkeit sind daher wiederverwendbare Sicherheitslösungen gefragt.

Wie das IoT Energie einsparen könnte

Diese Kennzahl deutet auf ein beachtliches Problem in der Fähigkeit hin, die bereitgestellte Energie auch vollumfänglich zu nutzen. Das IoT bietet die Möglichkeit, die Herausforderungen rund um das Thema Energieeffizienz durch das Sammeln und Nutzen von Daten zu meistern. Den Energieverbrauch mithilfe fortschrittlicherer Sensortechniken zu erfassen, ist der erste Schritt zur Verbesserung der Effizienz und Nachhaltigkeit.

Viele Menschen, Organisationen und Regierungen sind bestrebt, die Einflüsse der Menschheit auf die Ökosysteme besser zu verstehen und an der Umgestaltung der Welt für eine bessere Zukunft mitzuwirken. IoT-Geräte kommen zum Einsatz, um den Bedarf an Ressourcen zu reduzieren und vorhandene Ressourcen produktiver zu nutzen. Das hohe Innovationstempo und die schnelle Bereitstellung neuer Technologien helfen dabei, nachhaltigere Energiewandlung zu entwickeln, unseren CO2-Ausstoß zu minimieren und auch die gesellschaftlichen Auswirkungen abzumildern.

3 Wege in eine bessere Zukunft

Bild 2: IoT und Edge Computing sind ein Paradigmenwechsel, der den Energieeinsatz von bewegten physischen Objekten hin zu bewegten Daten verlagert.

Bild 2: IoT und Edge Computing sind ein Paradigmenwechsel, der den Energieeinsatz von bewegten physischen Objekten hin zu bewegten Daten verlagert. Analog Devices

Einen Beitrag zur Nachhaltigkeit zu leisten, kann auf drei Arten erfolgen. Erstens besteht die Möglichkeit, die Nachfrage zu verringern. Dies geschieht durch Virtualisierung und intelligente Lösungen. Ein anderer Ansatz ist, die Effizienz durch Optimierung der Art und Weise der Handhabung von Dingen zu erhöhen.

Einen Verbrennungsmotor gegen einen Elektromotor auszutauschen oder Energie aus Windkraft statt durch die Verbrennung von Kohle bereitzustellen, sind beispielsweise ökologisch effiziente Wege der Energiewandlung beziehungsweise -einsparung. Die dritte Möglichkeit ist der Umgang mit Umweltverschmutzung, was durch Monitoring und Sequestrierung geschieht. Alle drei Möglichkeiten erfordern Innovation und technologische Entwicklung (Bild 1).

Die Elektronik hat sich vielfach verändert, um mit der Notwendigkeit nach höherer Effizienz Schritt zu halten. Mit dem IoT bietet sich jetzt die größte Chance, das Thema Nachhaltigkeit positiv zu beeinflussen.

IoT und Edge Computing sind ein Paradigmenwechsel, der den Energieeinsatz von bewegten physischen Objekten hin zu bewegten Daten verlagert. Diese Verschiebung erfolgt auf zwei Arten. Das IoT lässt sich nutzen, um aktuelle Prozesse zu optimieren, was zu einer höheren Effizienz führt, oder es kann zur Einführung neuer Prozesse dienen. Beides ist notwendig, um Nachhaltigkeit sinnvoll zu beeinflussen, doch die Einführung neuer Prozesse ist transformativ (Bild 2).

Bedeutende Megatrends im IoT

IoT-Lösungen halten in jeder Branche Einzug. Auch wenn die Konsumgüterindustrie einige der interessantesten Gadgets für zu Hause oder für das perfekte Outfit anbietet, hat das IoT mit den wichtigsten Megatrends von heute einen beträchtlichen Einfluss auf die Nachhaltigkeit und die gesellschaftliche Auswirkung (Bild 3).

Die 5G-Technologie wird die Art und Weise, wie kritische Infrastrukturen zukünftig funktionieren werden, grundlegend verändern. 5G ermöglicht nicht nur neue Technologien, wie zum Beispiel autonomes Fahren, sondern auch die Anbindung herkömmlicher Infrastrukturen ohne Kupferkabel. In beiden Fällen kommt es zu einer deutlichen Verringerung von Abfällen. Darüber hinaus wird es einfacher, Infrastruktur an Orten der Welt aufzubauen, die bisher ohne diese Grundausstattung auskommen mussten, und so eine Grundlage für die Entfaltung von Gesellschaften zu schaffen.

In der Zeit nach der Corona-Pandemie wird die Einführung neuer digitaler Gesundheitslösungen einen zusätzlichen Schub erhalten und den Zugang zur Telemedizin erweitern. Alles, von Wearables bis hin zu medizinischen Geräten für zu Hause wird auf den Markt gebracht, um den Menschen zu helfen, ihre Gesundheit besser zu managen.

Angesichts der steigenden Kosten für das Gesundheitswesen besteht ein erheblicher Bedarf, den Gesundheitszustand proaktiv zu überwachen und zu managen, um die Zahl der notwendigen klinischen Versorgungen zu reduzieren. Menschen durch Prävention oder häusliche Pflege den Aufenthalt im Krankenhaus zu ersparen, ist eine der wirkungsvollsten Methoden, um steigende Kosten einzudämmen und die Lebensqualität zu verbessern.

Die Elektrifizierung und autonome Fahrzeuge greifen einen der größten Verursacher von Kohlenstoffemissionen direkt an. Die Nachfrage nach fossilen Treibstoffen zu verringern, ist eine der schnellsten Möglichkeiten, die Emissionen zu senken. Durch die Möglichkeit, großflächige autonome Mitfahrdienste (Ridesharing) zu starten, erhalten Menschen Zugang zu bedarfsgesteuerten Verkehrsmitteln, wodurch sich das Verkehrsaufkommen und die Anzahl der Fahrzeuge im eigenen Besitz verringern. Darüber hinaus wird die Nutzung von erneuerbaren Energiequellen und Elektromotoren den Kohlendioxidausstoß weiter senken.

Bild 3: Das Iot hat mit den wichtigsten Megatrends von heute einen beträchtlichen Einfluss auf die Nachhaltigkeit und die gesellschaftliche Auswirkung.

Bild 3: Das IoT hat mit den wichtigsten Megatrends von heute einen beträchtlichen Einfluss auf die Nachhaltigkeit und die gesellschaftliche Auswirkung. Analog Devices

Der vierte große Megatrend ist die Automatisierung und der Aufbau intelligenter Lieferketten. Mithilfe der Automatisierung wird die Sicherheit der Mitarbeiter erheblich verbessert, indem Maschinen Aufgaben übernehmen, die den menschlichen Körper übermäßig belasten oder Mitarbeiter in eine gefährliche Situation bringen würden. Ferner werden durch die Nutzung von Daten zur Verbesserung der Genauigkeit und Präzision in der Lieferkette der Energieverbrauch sowie die Abfallmenge verringert.

IoT-Geräte und Edge Computing ermöglichen diese Megatrends, was gewisse Herausforderungen mit sich bringt. Der Markt benötigt weiterhin schnellere und dynamischere Entwicklungszyklen, um mit der digitalen Nachfrage Schritt zu halten. Während der Bedarf wächst, profitieren traditionelle Märkte, indem sie die Öffnung geschlossener Ökosysteme nutzen, um mit bestehenden und neuen Partnern mehr Mitwirkung bei den Entwicklungen zuzulassen. Diesem Bedürfnis wird traditionell durch Industriekonsortien und Allianzen entsprochen, die offene Architekturen definieren.

Innovationen beschleunigen und Herausforderungen meistern

Es gibt zwei Hauptimpulsgeber, die die Schaffung von Industrienormen und Allianzen vorantreiben. Die Märkte verlangen schnellere und kürzere Entwicklungszyklen mit mehr Ökosystempartnern, die in der Lage sind, zeitnah wettbewerbsfähige Lösungen zu entwickeln. Hinzu kommt, dass die Art der Einbindung von IoT-Geräten in die physische Infrastruktur offene und skalierbare Architekturen erfordert. Die Antwort auf beide Forderungen ist die Entwicklung von Industriestandards, Konsortien und Allianzen.

Die O-RAN-Allianz (Open Radio Access Network) ist dafür ein gutes Beispiel. Sie wurde von Betreibern der Telekommunikationsbranche ins Leben gerufen, um ihnen ein bestmögliches Mitspracherecht zu geben. Das Ziel der Betreiber ist es, intelligente, offene, virtualisierte und vollständig interoperable mobile Netzwerke bereitzustellen. Mitglieder und Mitwirkende beteiligen sich gleichermaßen an der Entwicklung und Förderung eines Whitebox-Ökosystems für die 5G-Infrastruktur.

Traditionsgemäß wurde dieser Markt von großen Telekommunikationsunternehmen dominiert, die proprietäre Blackbox-Lösungen einsetzen. Die O-RAN-Alliance wird Schnittstellenstandards und Whitebox-Referenzdesigns bereitstellen, die eine umfangreiche Mitwirkung ermöglichen, das Entwicklungstempo erhöhen sowie eine größere Vielfalt an Innovationen bei 5G ermöglichen.

Eine wesentliche Aufgabe von Industriestandards und Konsortien besteht darin, Zuverlässigkeit und wartungsfreundliche Entwicklungen zu gewährleisten und auch zukünftige Anforderungen zu berücksichtigen. Die gleiche Notwendigkeit, die es in den 5G-Ökosystemen gibt, gibt es auch in anderen Märkten, die in ähnlicher Weise darauf reagieren. Normen und Konsortien definieren auch Anforderungen an die Sicherheit, die vor ungewollten und bösartigen Angriffen schützen. Die Mitglieder der Arbeitsgruppen für Sicherheitslösungen bewerten Sicherheitsrisiken und legen Interoperabilität fest.

Auswirkungen von Sicherheit auf Nachhaltigkeit

Bild 4: Die Verringerung von Elektronikschrott und Produktionsabfällen sowie der Schutz der Privatsphäre lassen sich durch geeignete Sicherheitslösungen beeinflussen.

Bild 4: Die Verringerung von Elektronikschrott und Produktionsabfällen sowie der Schutz der Privatsphäre lassen sich durch geeignete Sicherheitslösungen beeinflussen. Analog Devices

Ein grundlegendes Prinzip der Sicherheit ist die Anwendung von angemessenen Sicherheitsmaßnahmen an den richtigen Stellen innerhalb des Systems, entsprechend dem Risiko und dem Vermögenswert. Mit der weiteren Entwicklung von vernetzten Lösungen, die sich in physischen Geräten befinden, ob herkömmlich oder neu, vergrößert sich die Bedrohungsoberfläche weiter. Damit sind Sicherheitslösungen eines der grundlegenden Elemente, um das IoT zu ermöglichen und damit einen sinnvollen Beitrag zu gesellschaftlichen und ökologischen Themen zu leisten (Bild 4).

In Konsortien, Allianzen und Standardisierungsgremien mitzuarbeiten ist die wichtigste Möglichkeit, auf gute Sicherheitspraktiken hinzuwirken. Es gibt drei Wege, wie sich ein bewusster Umgang mit Sicherheit direkt auf die Nachhaltigkeit auswirken kann.

Die erste Möglichkeit betrifft die Verringerung von Elektronikschrott. Elektronikschrott wird zwar meist nicht als ernsthaftes Umweltproblem herausgestellt, dennoch bietet dieser Bereich viele Möglichkeiten. Heutzutage ist es sehr teuer, Elektronikschrott wiederzuverwerten, selbst wenn dieser ordnungsgemäß entsorgt wird. Es müssen bessere Möglichkeiten für das Recycling von Elektroschrott gefunden werden, aber auch die richtige Sicherheitslösung kann helfen, die Abfallmenge zu verringern. Dies kann durch die Verlängerung der Nutzungsdauer von Produkten erfolgen und durch die Entwicklung von Hardware-Plattformen, die softwaredefinierte Lösungen ermöglichen. Durch die Einbindung von Sicherheits-Subsystemen, die beide Ansätze ermöglichen, lässt sich die Menge an Elektronikschrott verringern, indem sowohl die Lebenszyklen der Hardware verlängert als auch Methoden verfügbar sind, diese in Second-Life-Lösungen einzusetzen.

Die Reduzierung von Produktionsabfällen ist eine weitere Möglichkeit, wie sich Sicherheit auf die Nachhaltigkeit auswirken kann. Die Definition von Sicherheitsstandards für IoT-Anwendungen mit kleinen Abmessungen, kann die Baugröße und Leistungsaufnahme von Geräten reduzieren.

Es ist üblich, bei der Definition von Schnittstellen für Edge-Geräte den Rechenzentrumsansatz zu verfolgen, indem die Sicherheitsanforderungen so spezifiziert sind, dass sie mehr als nur die notwendigen Algorithmen und auch zusätzliche Schnittstellen enthalten. Hier besteht nun die Möglichkeit, nur die minimale Anzahl von Schnittstellen und kryptografischen Prozessen zu spezifizieren, um damit die Gesamtgröße des Produkts zu reduzieren.

Die Sicherheit hat auch einen großen gesellschaftlichen Einfluss, indem sie einen sicheren Betrieb gewährleistet, die Privatsphäre der Benutzer schützt und Sicherheit intuitiv und einfach anwendbar macht, sowohl für den Endbenutzer als auch für die Entwicklungsteams. Die meisten Menschen sind keine Sicherheitsexperten und verstehen oft nicht die Auswirkungen von Sicherheitskonfigurationen und -einstellungen. Wege zu finden, um Sicherheit aus Anwendersicht nahtlos mit einzubinden, hat einen wesentlichen Einfluss auf das allgemeine Wohlbefinden.

Wiederverwendbare Sicherheitslösungen

Angesichts des hohen Innovationstempos leistet auch Analog Devices (ADI) Technologiebeiträge im Bereich der Nachhaltigkeit. Das drahtlose Batteriemanagementsystem senkt Materialkosten und erhöht zugleich die Flexibilität bei der Entwicklung. Dies wiederum ermöglicht eine effizientere Ausrichtung von Elektrofahrzeugen. Energiespeichersysteme erleichtern die Einbindung von erneuerbaren Energien in den Energiemarkt, indem sie die mit Energiequellen wie Wind und Sonne verbundene Problematik schwankender Energieeinspeisungen abmildern. Die Raumbelegungslösung mit der Bezeichnung Eagle Eye ermöglicht Einblicke und Analysen, um Gebäude effizienter zu verwalten.

ADIs Sicherheitslösungen gewährleisten eine hohe Wiederverwendbarkeit in den unterschiedlichsten Anwendungen. Damit können Entwickler ein hohes Innovationstempo erreichen und sich darauf verlassen, dass die Sicherheitslösung sowohl nach Standards zertifiziert ist als auch eine robuste Architektur aufweist.

Vorwärtsgerichtet ermöglichen die Sicherheitsarchitekturen des Unternehmens dynamische Produktlebenszyklen, bei denen die Eigenschaften der Software entsprechend den aufkommenden Anforderungen der Industrie anpassbar sind.

Erik Halthen

Product Marketing Manager am Cybersecurity Center of Excellence von Analog Devices

(na)

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