Hält das IoT was es verspricht?

Als Kevin Ashton im Jahr 1999 den Begriff „Internet der Dinge“ (Internet of Things, IoT) während einer Präsentation prägte, wollte er seinem Arbeitgeber eigentlich nur dabei helfen, den Umsatz zu steigern. Seine Idee: beliebte Produkte effizienter in die Regale zum Verkauf bringen. Schon damals sah Ashton das Konzept nur als Spitze eines Eisbergs, wie er es in einem Interview für das Marketing-Magazin im April 2014 formulierte.

Über die Größe des Eisbergs wird immer noch debattiert. Cisco sagt voraus, dass im Jahr 2020 an die 50 Milliarden Dinge mit dem Internet verbunden sein werden. Analysten von Gartner und Strategy Analytics gehen von 26 bis 33 Milliarden vernetzter Geräte aus. Auch die Finanzwelt wagt vielversprechende Prognosen: Yole Développement schätzt, dass der Gesamtmarkt für entsprechende Bauteile und Komponenten im Jahr 2024 an die 400 Milliarden US-Dollar erreicht.

Gartner gab allerdings auch eine Warnung heraus: In seinem jährlichen Hype Cycle Report für 2014 gehen die Analysten davon aus, dass das IoT einen „Höhepunkt an überzogenen Erwartungen“ erreicht hat. Laut diesem Bericht bewegt man sich auf die nächste Phase des Hype-Zyklus zu: die Ernüchterung. Das IoT kann letztendlich ein Niveau erreichen, das wesentlich niedriger angesiedelt ist, als es die besten Prognosen heute vorhersagen.

Eine andere Ansicht vertritt Semiconductor Engineering. Das Online-Magazin berücksichtigt die langen Lebenszyklen, die viele IoT-Anwendungen im Vergleich zu Consumer-Geräten wie Smartphones und Tablets haben werden. Dies kann zu einer anfangs hohen Nachfrage nach Ausrüstung und Bauteilen führen, gefolgt von einem wesentlich langsameren Wachstum, wenn sich die installierte Zahl der IoT-Geräte stabilisiert.

Bild 1: Die Analysten von IHS ordnen vernetzte Systeme und Geräte in einer pyramidenförmigen Hierarchie. Toshiba

Abgrenzung des IoT

Wird sich der IoT-Markt dem Hype anschließen? Wird er sich abschwächen und für Enttäuschung sorgen? Wird er spektakulär abstürzen? Ein Grund für die unterschiedlichen Marktvorhersagen ist die schwierige Abgrenzung des IoT. Eine Definition, auf die sich alle einigen können, liegt in weiter Ferne. Für manche ist das IoT hauptsächlich über autonome M2M-Kommunikation (Maschine-zu-Maschine) definiert. Eine breitere Schicht sieht darin eher vernetzte und nicht vernetzte Geräte und Einrichtungen, sowie die Maschine-zu-Mensch-, Maschine-zu-Objekt- und Mensch-zu-Objekt-Kommunikation (Bild 1).

Allen Definitionen gemeinsam ist, dass das IoT Datenverarbeitungs-, Netzwerk-, Sensor- und Sicherheitstechnik vereint, die erschwinglicher und einfacher zugänglich ist als früher. Damit steht nicht nur eine Plattform für neue und bisher ungeahnte Anwendungen bereit. Es sind auch Applikationen in Bereichen wie der Gebäude- und Fabrikautomatisierung, M2M-Kommunikation in Verkaufsautomaten, elektronischen Werbung, Asset-Überwachung und Telemedizin möglich, die Entwickler als IoT-Anwendungen neu auslegen können. Das IoT kann nahezu jede Anwendung umfassen und dafür sorgen, hohe Kosten oder fehlende Standards zu vermeiden, die in der Vergangenheit Neuerungen wie das Smart Home nur langsam voranbrachten.

Erfassen, Verarbeiten, Verbinden

Im World Wide Web bildet das Internet-Protokoll (IP) die Basis für die Kommunikation zwischen den IoT-Einrichtungen. Die hohe Zahl der durch IPv6 möglichen Einzeladressen ist entscheidend, damit das IoT allgegenwärtig wird. Der 128-Bit-Adressraum erlaubt 3,4·10³⁸ Adressen. Dies entspricht 6,67·10¹⁷ eindeutigen Adressen pro Quadratmillimeter Erdoberfläche, was mehr als genug ist, um die von Cisco prognostizierten 50 Milliarden IoT-Geräte (5·10¹⁰) zu bedienen.

Um mit IoT-Anwendungen zu kommunizieren, kommen verschiedene Vernetzungstechniken zum Einsatz. Dazu zählen verdrahtete Verbindungen über serielle Busse, Ethernet oder proprietäre Netzwerke. Auch die drahtlose Anbindung über Wi-Fi, Bluetooth Classic, Bluetooth Smart oder Mobilfunk zählt dazu. Darüber hinaus können Dinge dauerhaft oder auch nicht dauerhaft vernetzt sein – mit dem Internet oder mit anderen Einrichtungen. IoT-Anwendungen wie Wearables können zum Beispiel nur dann verbunden sein, wenn sie eingeschaltet sind und über eine Funkverbindung wie Bluetooth mit dem Smartphones des Nutzers kommunizieren. In anderen Situationen können intelligente Sensoren eine integrierte Funkverbindung wie Bluetooth Smart nutzen, um über kurze Strecken eine drahtlose Verbindung zu einem Konzentrator aufzubauen, der dann die Daten verarbeitet oder zur Verarbeitung weiterleitet.

Bild 2: Mit seinem breiten Portfolio an MCUs und Kommunikations-ICs unterstützt Toshiba IoT-Anwendungen von den unterschiedlichsten Märkten. Toshiba

Bluetooth und Sensoren

Bluetooth hat sich als ideale Verbindung für Smartphones erwiesen, da sie heute mit nahezu jedem Mobiltelefon möglich ist. Die Technik bietet einen stromsparenden Betrieb und ermöglicht das Senden und Empfangen von Audio-, Sprach- und Digitaldaten. Eine Vielzahl von Standardprofilen garantiert die Interoperabilität zwischen verschiedenen Geräten und Einrichtungen. Toshiba bietet verschiedene zertifizierte Bluetooth-Smartready- und Bluetooth-Smart-ICs und Softwarepakete, mit denen sich die Anbindung von Wearables an Bluetooth-Classic- und Bluetooth-Low-Energy-Smartphones mit geringem Platzbedarf und Stromverbrauch realisieren lässt (Bild 2).

Sensorik in Bereichen wie der Gebäudeautomatisierung umfasst zum Beispiel passive Infrarotsensoren (PIR) für die Anwesenheitserkennung oder hochauflösende Bildsensoren für die Sicherheitsüberwachung. Toshiba bietet eine Reihe von CMOS-Bildsensoren, die klare Bilder und ruckelfreie Videos selbst in Umgebungen mit schlechten Lichtverhältnissen aufnehmen. Kombinieren lassen sich die Sensoren zum Beispiel mit Toshibas ARM Cortex-A9-Mikrocontrollern wie dem TZ2100 oder dem Dual-Core TZ3000 mit integrierter Bilderkennung für Analysefunktionen oder die Identitätserkennung. Toshiba verfügt auch über umfangreiches geistiges Eigentum (Intellectual Property, IP) im Bereich der Bilderkennung, das auf intensiver Forschung im Bereich fortschrittlicher Fahrerassistenzsysteme (ADAS) basiert. Dazu zählt unter anderem das Erkennen von Verkehrszeichen und Fußgängern. Neben der Bilderfassung und Grafikaufbereitung bietet der TZ2100 auch High-Speed-Kommunikationsschnittstellen und serielle Ports mit mehreren Kanälen, die aus dem Baustein auch einen Datenkonzentrator machen.

Energie sparen

Eine beträchtliche Zahl von IoT-Anwendungen muss netzunabhängig mit Batterien oder über Energy Harvesting mit Strom versorgt werden. Dazu zählen mobile Anwendungen wie vernetzte Wearables für Fitness, Gesundheit oder die Sicherheitsüberwachung, außerdem Asset Tracking oder Anwendungen, für die sich Stromleitungen als unpraktisch oder zu teuer erweisen. Die MCUs der TZ-Serie basieren auf einem stromsparenden Design, das die Energieeffizienz maximiert und optimale Rechenleistung bereitstellt.

Der TZ1001 App Lite bietet ebenfalls einen sehr niedrigen Stromverbrauch und ist mit einem 48 MHz schnellen ARM Cortex-M4F-Core ausgestattet, der Daten von mehreren Sensoren verarbeiten kann. Zusammen mit einem integrierten MEMS-Beschleunigungsmesser, HF-Schaltkreisen und einem Bluetooth-Low-Energy-Controller eignet sich der Baustein für Wearables wie Aktivitätsmonitore und Smart Watches. Toshiba bietet mit dem TZ5000 auch einen Mikrocontroller, der stromsparend und Wi-Fi-fähig ist, um die Anforderungen von Smart Glasses und anderer entsprechender Wearables sowie von Full-HD-Internet-TV-Clients (IPTV) zu erfüllen.

Mit seinem breiten Angebot an ICs und geistigem Eigentum, das die Bereiche Bewegungs-, Anwesenheits- und Bilderkennung, Mikrocontroller, HF und Kommunikation sowie drahtloses Laden (Wireless Charging) abdeckt, beliefert Toshiba die Unternehmen, die an der Spitze des technologischen Fortschritts arbeiten und das Internet der Dinge weiter ausbauen.

Erfolgreich im Markt

In der Vergangenheit haben teure GSM-basierte Asset-Tracking-Systeme wenig Anklang gefunden, wenn es um die Überwachung von Lagerbeständen und die Einhaltung von Kühlketten ging. Auch die hohen Kosten für maßgeschneiderte Fabriknetze schrecken potenzielle Anwender ab. Solche Netzwerke würden aber die Produktivität steigern und die Ausfallzeiten minimieren.

IoT-Einrichtungen könnten nun eine erschwingliche Plattform für diese und viele andere Anwendungen außerhalb des Consumer-, Automotive- und Telekommunikationsbereichs darstellen, für die eine elektronische Überwachung und Steuerung bisher als zu kostspielig oder schwer umsetzbar erscheint. Dieser industrielle Sektor ist ein sehr lukrativer Markt, für den das IoT eine hohe Wertschöpfung bietet. IHS geht davon aus, dass industrielle Anwendungen im Jahr 2025 bis zu 57,9 % des IoT ausmachen.

Nach dem Hype

Einige Consumer-IoT-Anwendungen, wie das Smart Home, werden weiterhin als „nice to have“ gelten und eher von der privaten Nachfrage getrieben. Der industrielle Sektor mit Büroausstattung, Medizintechnik und Fertigungseinrichtungen steht jedoch bereit, um innovative IoT-Anwendungen umzusetzen und von den Kostenvorteilen zu profitieren. Vor allem die besseren Geschäftsaussichten verhalfen Ashton dazu, sich interne Mittel für seinen ursprünglichen Vorschlag zu sichern. So war sichergestellt, dass aus dem IoT mehr als nur eine Phrase in einer Powerpoint-Präsentation wurde.

Aktuelle Marktprognosen für das IoT enthalten einen gewissen Hype-Faktor, und das Internet der Dinge lässt sich immer noch nicht genau definieren. Die Herausforderung für jede IoT-Anwendung besteht darin, die entsprechenden Kriterien der Endnutzer zu einem akzeptablen Preis zu erfüllen – basierend auf wettbewerbsfähigen und innovativen Halbleiter- und Softwarekomponenten. Toshiba wird den Entwicklern dabei helfen, die Vorteile des IoT zu nutzen, um das Leben noch einfacher zu gestalten.

(lei)