Internet der Dinge

Der Begriff Internet der Dinge (englisch Internet of Things, Kurzform: IoT) beschreibt, dass der (Personal) Computer zunehmend als Gerät verschwindet und durch „intelligente Gegenstände“ ersetzt wird. Statt – wie derzeit – selbst Gegenstand der menschlichen Aufmerksamkeit zu sein, soll das „Internet der Dinge“ den Menschen bei seinen Tätigkeiten unmerklich unterstützen. Die immer kleineren eingebetteten Computer sollen Menschen unterstützen, ohne abzulenken oder überhaupt aufzufallen. So werden z. B. miniaturisierte Computer, sogenannte Wearables, mit unterschiedlichen Sensoren direkt in Kleidungsstücke eingearbeitet.

In seinem Aufsatz von 1991 The Computer for the 21st Century<ref>Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatMark Weiser: The Computer for the 21st Century. Abgerufen am 23. Februar 2015. </ref> sprach Mark Weiser zum ersten Mal von dieser Vision.

Das Internet der Dinge bezeichnet die Verknüpfung eindeutig identifizierbarer physischer Objekte (things) mit einer virtuellen Repräsentation in einer Internet-ähnlichen Struktur. Es besteht nicht mehr nur aus menschlichen Teilnehmern, sondern auch aus Dingen. Der Begriff geht zurück auf Kevin Ashton, der erstmals 1999 „Internet of Things“ verwendet hat.<ref>Kevin Ashton: That 'Internet of Things' Thing. In: RFID Journal, 22. Juli 2009. Abgerufen am 8. April 2011.</ref> Bekannt wurde das Internet der Dinge durch die Aktivitäten der Auto-ID Labs.<ref>Mattern, F.; Flörkemeier, Ch.: Vom Internet der Computer zum Internet der Dinge (PDF; 868 kB). Informatik-Spektrum, Vol. 33, No. 2, S. 107-121, April 2010. Abgerufen am 28. November 2013.</ref>

Die automatische Identifikation mittels RFID wird oft als Grundlage für das Internet der Dinge angesehen. Allerdings kann eine eindeutige Identifikation von Objekten auch mittels Strichcode oder 2D-Code erfolgen. Bauteile wie Sensoren und Aktoren erweitern die Funktionalität um die Erfassung von Zuständen bzw. die Ausführung von Aktionen. Erweiterte Definitionen zum Internet der Dinge betonen die Zugehörigkeit zum zukünftigen Internet (auch engl.: Future Internet)<ref>CERP-IOT: Internet of Things Strategic Research Roadmap (PDF-Datei; 850 kB). Abgerufen am 8. April 2011. </ref> sowie die Abgrenzung von verwandten Forschungsthemen.<ref>Uckelmann, D.; Harrison, M.; Michahelles, F.: An Architectural Approach towards the Future Internet of Things In: Uckelmann, D.; Harrison, M.; Michahelles, F.(Hrsg.): Architecting the Internet of Things, Springer, Berlin 2011. Abgerufen am 8. April 2011.</ref>

Zielsetzung

Das Ziel des Internets der Dinge ist es, die Informationslücke zwischen der realen und virtuellen Welt zu minimieren.<ref>Vgl. Fleisch, Elgar; Mattern, Friedemann: Das Internet der Dinge, Berlin: Springer, 2005.</ref> Diese Informationslücke besteht, weil in der realen Welt Dinge tatsächlich einen bestimmten Zustand haben (z. B. "Luft ist kalt", "Druckertoner ist voll"), dieser Zustand im Internet jedoch nicht bekannt ist. Ziel ist also, dass viele reale Dinge die eigenen Zustandsinformationen für die Weiterverarbeitung im Netzwerk zur Verfügung stellen. Solche Zustandsinformationen können Informationen über die aktuelle Nutzung, über Alterung, aber auch über besondere Umweltbedingungen an dem Ort des Teilnehmers sein. Solche Informationen können sowohl zur Verbesserung der Nutzbarkeit des Teilnehmers selbst ausgewertet werden (Früherkennung von Wartung oder Austausch etc.), als auch zur Verbesserung der Situation des umgebenden Bereiches (so kann z. B. die Reduktion des Energieaufwandes zur Heizung oder Kühlung an eine Vielzahl von Informationen im ganzen Raum gebunden werden, und so besser wirken als in der Regelinstallation, die mit einem einzelnen Sensor [an häufig ungeeigneter Stelle montiert] auskommen muss). In einem weiteren Schritt können digitale Services als Teil des IoT die Parametrierung von Geräten so erleichtern und verbessern, dass sie auch dort geschieht wo sie heute aus Kostengründen nicht stattfindet. Wichtige Schritte zu diesem Ziel sind

• die Standardisierung der Komponenten und Dienste im Internet der Dinge.
• die Einführung einer einfach zugänglichen, sicheren und allgemeinen Netzwerkanbindung, geeignet für alle Geräte mit eingebautem Mikrocontroller.
• die Reduktion der Kosten für in das IoT integrierte Teilnehmer. (Gerätekosten, Inbetriebnahmekosten, Anschlusskosten etc.)
• Entwicklung von kostenarmen, automatisierten (bis hin zu autonomen) digitalen Services im Netzwerk, welche den zusätzlichen Nutzen der Vernetzung realisieren.

Abgrenzung

Das Internet der Dinge unterscheidet sich vom Konzept der Selbststeuerung logistischer Prozesse.<ref>Selbststeuerung in der Logistik (PDF; 665 kB) Abgerufen am 24. November 2013.</ref> Selbststeuernde Objekte benötigen nicht zwangsläufig Internet-ähnliche vernetzte Strukturen. Dennoch lassen sich Synergien herstellen, sodass zumindest in der Forschung beide Konzepte gerne verknüpft werden.<ref>Uckelmann, D., Isenberg, M.-A.; Teucke, M.; Halfar, H; Scholz-Reiter, B.: Autonomous Control and the Internet of Things: Increasing Robustness, Scalability and Agility in Logistic Networks. In: Ranasinghe, D. C.; Sheng, Q. Z.; Zeadally S. (Hrsg.): Unique Radio Innovation for the 21st Century: Building Scalable and Global RFID Networks. Berlin: Springer; 2010:163-181.</ref> Weiterhin gibt es Überschneidungen mit Themenfeldern wie Ubiquitous Computing, Pervasive Computing, Industrie 4.0, Drahtlose Sensornetzwerke, dem Internet Protocol, Kommunikationstechnologien, cyber-physischen Systemen, Eingebetteten Systemen, Web2.0-Anwendungen, dem Internet (der Menschen) und dem Intranet bzw. Extranet der Dinge.<ref>Uckelmann, D.; Harrison, M.; Michahelles, F.: An Architectural Approach towards the Future Internet of Things In: Uckelmann, D.; Harrison, M.; Michahelles, F.(Hrsg.): Architecting the Internet of Things, Springer, Berlin 2011. Abgerufen am 8. April 2011.</ref> Gegenüber den dedizierten Netzwerken der Automationstechnik, welche sich an der für die Lösung der Aufgabe minimalen Ausrüstung orientiert verfolgt das Konzept des Internets der Dinge den Ansatz, Information so breit wie möglich zur Verfügung zu stellen, damit die Nutzung dieser Information auch für Lösungen jenseits der heute definierten Zielsetzung möglich wird.

Technologie

Sollen lediglich Informationen von den physischen Repräsentationen der Akteure im Netzwerk abgerufen werden, reicht eine Identifikation beispielsweise mittels RFID oder QR-Code aus. Ein zentrales System kann so die für den Nutzer relevanten Daten aufgearbeitet zur Verfügung stellen, wie es beispielsweise bei der Paketverfolgung im Internet der Fall ist.

Sollen die Akteure allerdings auch selbst Informationen verarbeiten (beispielsweise bei einem Messsystem für Umweltwerte innerhalb einer Stadt), müssen sie mit datenverarbeitender Hardware ausgerüstet werden. Die Anforderungen an solche Hardware sind hohe Zuverlässigkeit und damit einhergehend ein geringer Wartungsaufwand, da eine hohe Ausfallrate Wartungsarbeiten an sehr vielen Geräten, die mitunter räumlich weit auseinander liegen oder schwer zu erreichen sind, nötig macht. Zusätzlich sollte der Energieverbrauch sehr niedrig sein, da die Hardware meistens rund um die Uhr läuft. Ebenfalls müssen die Anschaffungskosten gering sein, um möglichst viele physische Entitäten ausrüsten zu können. Integrierte Lösungen wie zum Beispiel ein System-on-a-Chip erfüllen diese Anforderungen.

Softwareseitig sollte ein Betriebssystem mit einem extrem niedrigen Speicherverbrauch verwendet werden, das einen Netzwerkstack zur Kommunikation zur Verfügung stellt. Projekte wie Contiki bieten diese Vorteile und sind auf vielen handelsüblichen Mikrocontrollerarchitekturen lauffähig.<ref>Webseite des Contiki-Projekts, ein Betriebssystem für das Internet der Dinge: http://www.contiki-os.org/#about</ref>

Energieverbrauch

Die Internationale Energieagentur ermittelte in einer Studie, dass Geräte aus dem Bereiche Internet der Dinge 2013 rund 616 Terawattstunden (TWh) Strom verbraucht hätten, von denen etwa 400 TWh verschwendet worden seien. Die Steuersysteme mit ihrer permanenten Internetverbindung würden demnach selbst die Energie verbrauchen, die sie zuvor durch intelligentes Energiemanagement eingespart hätten.<ref>"Studie: Internet of Things frisst zunehmend Energie" Heise.de vom 7. Juli 2014, gesichtet am 7. Juli 2014</ref>

Datengewinnung

Da die „Dinge“ Daten erfassen, speichern und untereinander austauschen, sammeln sie auch Daten über ihre Nutzer und Anwender. Hier ist die Wahrung der Souveränität über ihr Persönlichkeits- oder Kundenprofil ein entscheidendes Anliegen des Datenschutzes.<ref>Badische-zeitung.de, 24. Februar 2015, „Thomas Steiner und unseren Agenturen“: Was Fernseher und Auto über unsere Daten verraten</ref>

Sicherheitsmaßnahmen

Die Sicherungsmechanismen im Umfeld des Internet der Dinge sind keineswegs exklusive Mechanismen, welche nur in diesem Bereich vorzufinden sind. Es handelt sich eher um die Anwendung verschiedener Maßnahmen auf der Software- und Netzwerkebene, um Informationssicherheit zu gewährleisten. Die Schutzmaßnahmen können Zugriffe von außen auf die eingebundenen Geräte verhindern.

Eine generelle Schutzmaßnahme ist zum Beispiel die Wahl eines sicheren Passworts.

Um Zugriffe von außerhalb zu verhindern, gibt es verschiedene Möglichkeiten, zum Beispiel den offenen Standard Trusted Network Connect und Mutual Authentication:

• Mutual Authentication: In einer Netzwerkumgebung können sich Geräte untereinander mit Zertifikaten authentifizieren und somit eine vertrauenswürdige Kommunikation gewährleisten. Dies wird durch eine hybride Verschlüsselung und durch Zertifikate realisiert.
• Trusted Network Connect: Neben der Authentifizierung unter Geräten ist es ebenfalls möglich, alle Zugriffe innerhalb eines Netzwerks zu analysieren und somit die Sicherheit zu erhöhen. Dies ist ein offener Standard, der von der Trusted Network Group entwickelt wurde. Dafür werden zwei Instanzen implementiert: Der Policy Enforcement Point (PEP) und der Policy Decision Point (PDP). Der PEP legt die Richtlinien für Zugänge zum Netzwerk fest und kann gegebenenfalls Nutzern Zugriffsrechte entziehen und diese aus dem Netzwerk ausschließen. Je nach der Art der Authentifizierung des Nutzers darf dieser Zugriff auf Geräte, Server und Daten haben.

Der PDP trifft die Autorisierungsentscheidungen für sich und für andere Systemeinheiten, wie zum Beispiel für den PEP. Möchte ein Nutzer eine Ressource des Netzwerks nutzen, sendet der PEP dessen Nutzerattribute und den gewünschten Nutzerzugriff über das IF-PEP-Protokoll (RFC 5792 PA-TNC) zum PDP. Dieser entscheidet anhand der Nutzerattribute, ob der Nutzer berechtigt ist oder nicht, und sendet dies dem PEP. Der PEP wird nun nach festgelegten Regeln den Zugriff erlauben, verbieten oder den Nutzer sperren.

Beispiele

In der Anwendung reicht oft der Einsatz weniger technischer Komponenten und Funktionen im Internet der Dinge aus.<ref>Mattern, F.; Flörkemeier, Ch.: Vom Internet der Computer zum Internet der Dinge (PDF; 868 kB). Informatik-Spektrum, Vol. 33, No. 2, S. 107-121, April 2010. Abgerufen am 28. November 2013.</ref>

• Paketverfolgung über das Internet – Paketdienstleister bieten heute auf Basis einer eindeutigen Identifikation über Strichcodes oder 2D-Codes die Möglichkeit, Pakete im Transportprozess über entsprechende Webseiten zu verfolgen.
• Nachbestellung von Druckerpatronen – Druckerpatronen werden heute bereits mittels Chiptechnologie identifiziert und der Füllstand überwacht. Unterschreitet der Füllstand eine gewisse Grenze, erfolgt eine Aufforderung zur Nachbestellung über die Herstellerwebseite.

In beiden Beispielen erfolgen eine eindeutige Identifikation und die Verknüpfung zu einer entsprechenden Internetseite. Allerdings ist für beide Beispiele die menschliche Interaktion notwendig. Das Internet der Dinge soll allerdings ebenso die direkte Verarbeitung durch Maschinen ermöglichen. Weiterhin fehlen in den Beispielen Internet-basierte Verzeichnisdienste sowie die Wahlmöglichkeit zwischen unterschiedlichen Diensten.

• Ein weiteres Beispiel ist das EPCglobal-Netzwerk. Allerdings beschränkt sich die EPCglobal Architecture bisher auf logistische Anwendungen und stellt somit nur eine Untermenge der Zukunftsvision für das Internet der Dinge dar. RFID dient als Basistechnologie im EPCglobal-Netzwerk, mit der sich die reale Welt in die Informationswelt, zum Beispiel anhand einer weltweit eindeutigen Identität wie dem Electronic Product Code, verlängern lässt. Diese Verschmelzung ermöglicht nicht nur das verbesserte Management von bestehenden Geschäftsprozessen, sondern erlaubt auch die Entstehung von komplett neuen Märkten und Geschäftsmodellen. Mit dem EPCglobal und weiteren standardisierten Komponenten steht bereits heute ein Großteil der entsprechenden Infrastruktur bereit. Die Basisdienste dieser Infrastruktur bauen dabei funktional auf den Grundlagen des Internets auf.

Ein weiteres Beispiel soll das Potential für künftige Anwendungen deutlich machen. Die Einstellungen eines normalen Bürostuhls (Position und Federwirkung der Rückenstütze etc.) haben auf die Gesundheit deutlichen Einfluss. Derzeit wird die Anpassung des Stuhls an die Körpereigenschaften des Nutzers vom Nutzer selbst (und weitgehend ohne Fachwissen, daher häufig auch schlecht) vorgenommen. Ein Experte, der die Einstellungen des Stuhls regelmäßig an den Nutzer wirklich gut anpassen könnte kostet leider zu viel. Wird der Stuhl zum Teilnehmer im Internet der Dinge, so ließen sich Sensortasten des Stuhls erfassen, vom Hersteller im Rahmen eines kostenarmen Services über das Netzwerk auswerten damit verbesserte Einstellungen am Stuhl (im Idealfall wieder über das Netz) vornehmen. (Die notwendige Betriebsenergie dafür kann aus dem Lastwechsel gewonnen werden.)

Forschung

Die Forschung zum Thema wird seit Jahren von verschiedenen Einrichtungen betrieben. Dabei ist eine stetige thematische Erweiterung der ursprünglichen Vision der Auto-ID Labs<ref>Webseite der Auto-ID Labs, http://www.autoidlabs.org/. Abgerufen am 8. April 2011.</ref> zu beobachten. Auf europäischer<ref>Webseite des IoT European Research Cluster, http://www.internet-of-things-research.eu/partners.htm. Abgerufen am 8. April 2011.</ref> und deutscher Ebene<ref>Internet der Dinge – Vernetzte Lebens- und Arbeitswelten. Webseite des BMWi-Technologieprogramms, abgerufen am 8. April 2011.</ref> wurde und wird eine Vielzahl von Forschungsprojekten zum Internet der Dinge gefördert, unter anderem auch zur Verknüpfung von physischen Objekten mit digitalen Gedächtnissen.

Literatur

• Bullinger, H.-J. and ten Hompel, M. (Hrsg.): Internet der Dinge, Springer, Berlin 2007.
• Engemann, C.; Sprenger, F. (Hrsg.): Internet der Dinge. Über smarte Objekte, intelligente Umgebungen und die technische Durchdringung der Welt. transcript, Bielefeld 2015, ISBN 978-3-8376-3046-6.
• Fleisch, E.; Mattern, F. (Hrsg.): Das Internet der Dinge - Ubiquitous Computing und RFID in der Praxis, Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-24003-9.
• Michahelles, F.; Mitsugi, J. (Hrsg.): Internet of Things (IOT 2010), Tokyo, Japan, November 29 - December 1, IEEE 2010, ISBN 978-1-4244-7415-8
• ten Hompel, M.; Heidenblut, V.: Taschenlexikon Logistik, VDI-Buch, Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-28581-4
• Uckelmann, D.; Harrison, M; Michaelles, F. (Hrsg.): Architecting the Internet of Things, Springer, Berlin 2011. ISBN 978-3-642-19156-5

Einzelnachweise

<references />