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(Bild: Unitronic)

Nach Einschätzung des Marktforschungsinstituts IDC wird sich die Zahl der derzeit etwa 14,9 Milliarden verbundenen „Things“ bis zum Jahr 2020 weltweit verdoppeln. Laut einer aktuellen Studie halten rund zwei Drittel der befragten deutschen Unternehmen IoT-Technologien für wichtig, befinden sich aber selbst überwiegend in der Evaluierungs- und Planungsphase entsprechender Initiativen. Großunternehmen treiben demnach die IoT-Adaption stärker voran als der Mittelstand.

Mit IoT-Technologien wollen Firmen ihre internen Prozesse optimieren, gleichzeitig aber auch ihre Produkte verbessern. Vorhandene Entwicklungs- und Produktionsumgebungen werden durch die Integration von Sensorik sowie von eingebetteten Systemen und Konnektivität IoT-ready. Die zunehmende Vernetzung von Geräten und Maschinen erhöht aber auch die Angriffsflächen. Datenschutz und -sicherheit sind für den Erfolg des IoT essenziell, weshalb für vernetzte Produkte und die Kommunikation zwischen ihnen hohe Sicherheitsstandards gelten müssen.

Überschrift

Angesichts der zunehmenden Zahl der IoT-Anwendungen gewinnt die Frage nach der Sicherheit der dabei erhobenen Daten zunehmend an Wichtigkeit. Das Düsseldorfer Unternehmen Unitronic bietet zahlreiche Lösungen für sicheres Datenhandling in der Cloud an.

In vielen Wirtschafts- und Lebensbereichen gehört die Digitalisierung bereits zum Alltag. So finden Autos selbstständig den nächsten freien Parkplatz oder Disponenten erkennen Containerstandorte per Mausklick. Auch Servicetechniker müssen nicht zwangsläufig reisen, um Maschinen zu kontrollieren. Heute meldet sich die Maschine und weist auf eventuelle Fehler oder Schwachstellen hin. Um diese Form der Kommunikation zu gewährleisten, werden Fahrzeuge, Produkte und Maschinen mit Sensoren, Aktoren und kleinen Computern ausgestattet. Die Objekte sammeln Daten über sich und ihre Umwelt und leiten diese an eine Cloud weiter. Hier werden die Informationen analysiert, verknüpft sowie verarbeitet und verwaltet.

IoT und M2M im Fokus

IoT und die Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) gehören neben der Sensorik zu den Fokusthemen des Düsseldorfer Unternehmens Unitronic. Bereits seit mehreren Jahren beschäftigt man sich dort mit der Möglichkeit, Informationen zu generieren, zu übertragen, auszuwerten und zu interpretieren. Dazu gehört auch die Übertragung dieser Daten von Gerät zu Gerät sowie die daraus resultierenden vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten. Die IoT-Kommunikation deckt ein breites Feld ab. Das beginnt mit der Prozessüberwachung, bei der zum Beispiel Temperaturen, Feuchte oder Standorte aus der Ferne kontrolliert oder Zählerstände ausgelesen werden. Hinzu kommt die bidirektionale Kommunikation mit Reaktions- und Steuerungsmöglichkeiten. Hier ist oft eine Vielzahl an Geräten beteiligt, die sich zu einem Netzwerk verknüpfen lassen.

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M2M- und IoT-Kommunikation zählt zu den Fokusthemen von Unitronic. Unitronic

IoT- und M2M-Anwendungen müssen sich dabei nahtlos in die vorhandene Infrastruktur der Kunden integrieren und neben automatisierten Reaktionen auch manuelle Eingriffe zulassen. Eine dynamische Umgebung mit unterschiedlichen Anforderungen sollte deshalb unterschiedliche Übertragungswege erlauben. Dabei sollte ein breites Spektrum zur Verfügung stehen, angefangen von Kabellösungen wie Ethernet, Powerline oder die Vielzahl von industriellen Bussystemen bis zu drahtlosen Technologien wie WLAN, Mobilfunk oder Lora. Auf diese Liste gehören zudem proprietäre Übertragungsprotokolle in den verfügbaren ISM-Bändern, die für spezielle Anforderungen wie etwa einen einfachen Kabelersatz oder Mesh-Funktionalitäten benötigt werden. Weitere Beispiele sind Bluetooth, Enocean, DECT ULE und Zigbee.

Gerade in einer Umgebung, in der viele unterschiedliche Geräte vernetzt sind, spielt die Flexibilität aller beteiligten Komponenten eine maßgebliche Rolle. In Umgebungen, in denen beispielsweise Messungen durchgeführt werden, generieren Sensoren die entsprechenden Daten. Fallen dabei große Datenmengen an, ist es sinnvoll, intelligente Endknoten zu verwenden, die bereits im Vorfeld die entsprechenden Informationen ganz oder teilweise verarbeiten können. Damit reduziert sich das Datenvolumen auf den anvisierten Übertragungswegen. Gilt es innerhalb eines Verbundes Daten aus mehreren Quellen zusammenzuführen, bietet sich als Transportweg zwischen den einzelnen Endknoten und einem zentralen Datensammler die Einrichtung eines Kurzstreckenfunknetzes an. In diesem Datensammler oder Gateway lassen sich die Daten in einer Datenbank zwischenspeichern, bevor sie etwa über das Internet an eine Cloud, ein Rechenzentrum oder ein anderes Backend übergeben werden.

 

Lesen Sie auf der nächsten Seite: von Lora bis Z-Wave.

Von Lora bis Z-Wave

Welche Übertragungswege für den Transport der Daten vom Sensor bis in die Cloud genutzt werden, hängt von der jeweiligen Applikation und der nachgelagerten Technologie ab. Dabei spielen Faktoren wie Reichweite, Energieverbrauch, Netzverfügbarkeiten, Datenübertragungsraten und Datenverfügbarkeiten eine zentrale Rolle. Grundsätzlich besteht die Wahl zwischen drahtgebundener und drahtloser Kommunikationstechnologie, wobei im IoT-Umfeld überwiegend drahtlose Medien zum Einsatz kommen. Hier reicht die Bandbreite vom Mobilfunk über Wi-Fi bis hin zu Bluetooth.

In der Gebäudeautomation wird dagegen häufig Z-Wave, Zigbee oder Enocean verwendet. Ein neuer Player in diesem Bereich ist die altbekannte DECT-Technologie, die sich für den Einsatz weiterer Applikationen geöffnet hat. Neben der bereits etablierten Sprachübertragung ist mit DECT nun auch die Übertragung von Daten möglich. In diesem Fall spricht man von DECT ULE (Ultra Low Energy). Ein verfügbares Protokoll aus dem Bereich Smart Home ist etwa HAN Fun (Home Area Network Functional protocol). Der Vorteil dieser Technologie liegt unter anderem darin, dass DECT in einem lizensierten Frequenzband arbeitet, in dem keine weiteren Teilnehmer Störungen verursachen können, wie es in den „öffentlichen“ ISM-Bändern der Fall ist. So lassen sich auch Applikationen realisieren, bei denen eine Echtzeitübertragung beziehungsweise Quality of Service (QoS) gefordert ist. Unter Verwendung dieser Technologie kann man mit festen Antwortzeiten rechnen.

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Der Weg der Daten in die Cloud führt über sehr unterschiedliche Schnittstellen. Unitronic

Wo große Reichweiten gefragt sind, kommen überwiegend Lora oder spezielle Module mit proprietären Funkprotokollen und einer sehr hohen Sendeleistung in den niedrigen verfügbaren ISM-Frequenzbändern zum Einsatz. Smart Metering dagegen setzt meist auf (Wireless-) MBus-Verbindungen. Hinzu kommen zahlreiche proprietäre Lösungen für spezielle Anwendungsfälle wie beispielsweise der einfache Kabelersatz oder Mesh-Netzwerk-Lösungen, bei denen ein Datentelegramm mehrere Netzwerkteilnehmer überspringen kann, um zu einem bestimmten Ziel zu gelangen, zu dem keine direkte Verbindung besteht.

Viel Aufmerksamkeit bekommen aktuell auch die verschiedenen LPWA-Technologien (Low Power Wide Area Network). Dazu gehört beispielsweise Lora-WAN, das auf Applikationen fokussiert, die nur geringe Datenmengen versenden, das allerdings über eine große Reichweite verfügt. Zugleich müssen sie batteriebetriebene Lösungen über eine extrem lange Laufzeit ermöglichen können. Vor Kurzem verabschiedet wurde Narrowband IoT. Diese LPWA-Technologie wird den Anforderungen typischer IoT-Applikationen gerecht und ist bereits in einigen Gebieten verfügbar. Hierbei handelt es sich um eine natürliche Evolution des Mobilfunknetzes, das zumeist nur über Softwareupdates der LTE-Basisstationen NB-IoT-fähig gemacht werden kann. Das Ziel der Netzwerkoperatoren ist eine flächendeckende Ausleuchtung Deutschlands bis zum Jahr 2019. Durch Optimierungen der Luftschnittstelle wird eine größere Reichweite und somit eine bessere Durchdringung erreicht. Das ermöglicht erstmals auch Applikationen in schwierigen Umgebungen wie Kanälen oder tiefen Kellern.

Sicherheit in der Cloud

Dreh- und Angelpunkt für die Daten bleibt nach der Übertragung über die ausgewählten Medien das Rechenzentrum im Unternehmen oder die Cloud des IT-Partners. Aus Sicherheitsgründen setzen viele Unternehmen oft noch auf das eigene Rechenzentrum respektive auf eine private Cloud im Data Center eines Kooperationspartners. Public Clouds sind den meisten Anwendern zu unsicher, wenn es um wertvolle IoT-Daten geht.

Die Übertragung hochsensibler Daten sowie deren Speicherung ist Vertrauenssache. Unitronic bietet vor diesem Hintergrund ein Komplettpaket an, das die gesamte Wertschöpfungskette einer IoT-Anwendung umfasst. Das beginnt mit der Beratung, wobei die Spezialisten gemeinsam mit dem Kunden einen Anforderungskatalog erstellen, der sämtliche Anwendungsfälle sowie alle Anforderungen abdeckt, die eine Applikation oder ein System erfüllen sollen.

IoT-Applikationen werden unter anderem zur Prozessüberwachung in der Landwirtschaft eingesetzt. Unitronic

IoT-Applikationen ermöglichen unter anderem die Fernüberwachung von Temperaturen im Gewächshaus. Unitronic

Ein Anwendungsbeispiel ist das Monitoring, das es ermöglicht, aus der Ferne bestimmte Prozesse zu überwachen, beispielsweise die Temperatur und die Luftfeuchte in einem Gewächshaus. Auch für die Überwachung lassen sich IoT-Lösungen verwenden, um aus der Ferne notwendige Aktionen auszuführen. Das kann etwa das Einschalten einer Lüftung oder einer Bewässerung sein. Der Betriebszustand ist dann auch „remote“ jederzeit überprüfbar. Die IoT-Applikation lässt sich bei Bedarf mit Firmware- oder Applikations-Updates aufrüsten.

 

Thema auf der nächsten Seite: Daten zur Optimierung nutzen

Daten zur Optimierung nutzen

Selbst für die Optimierung von Prozessen können IoT-Applikationen genutzt werden. So lassen sich Informationen aus der Überwachung dazu verwenden, die gesamte Applikation zu optimieren. Beispielsweise löst die Temperaturüberschreitung im Gewächshaus einen automatischen Alarm aus, der eine zeitnahe Reaktion ermöglicht und größere Schäden verhindern kann. Auch die Automatisierung ist eine gefragte IoT-Anwendung. Dafür kann die Applikationsintelligenz so weit ausgebaut werden, dass diese nahezu autonom arbeitet. Die Informationen aus oben genannten Beispielen lassen sich dazu verwenden, die Lüftung automatisch einzuschalten oder die Bewässerung zu starten, sobald die vorgegebene Temperaturschwelle überschritten oder die Feuchte zu gering wird.

Anwendungsbeispiele wie diese sind die Basis für jeden Anforderungskatalog sowie eine individuelle, zielführende Beratung. Anhand der so gewonnenen Ergebnisse erarbeitet das Unitronic-Team ein kundenspezifisches Lösungskonzept. Dabei wird die vorhandene Technologie beim Kunden ebenso in die Planung einbezogen wie notwendige Neuinvestitionen. Eine Skalierbarkeit der entstehenden Applikationen oder Lösung ist hierbei eine Grundvoraussetzung.

Kundenindividuelle Projekte gehören ebenso zum Portfolio der Düsseldorfer wie standardisierte Lösungen. Konnektivität ist ein wesentliches Merkmal einer professionellen IoT-Umgebung, wobei vorhandene Netzwerkstrukturen ebenso zum Einsatz kommen können wie neue Kommunikationswege. Sind für eine Applikation SIM-Karten notwendig, werden diese entsprechend der Kundenanforderungen konfiguriert und in entsprechende Rahmenverträge übernommen. Hier kooperiert Unitronic mit allen großen Mobilfunkanbietern, um einen größtmöglichen Aktionsradius und die entsprechende Flexibilität zu erzielen. Proof of Concept, Testumgebungen, Zertifizierungen sowie eine Serienbelieferung sind ebenfalls Bestandteil des Paketes.

Michael Haenel

Michael Haenel
Michael Haenel
Head of Development and IoT/M2M Communication bei Unitronic

(tm)

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