5 Komponenten eines IoT-Ökosystems

Heute ist das Internet der Dinge (IoT) kein aufstrebender Trend mehr, sondern fest etabliert und weiter auf dem Vormarsch.

IoT ist heute Teil jeder Branche und jeder Nische mit 21,5 Milliarden Geräten, die bis 2025 voraussichtlich vernetzt sein werden. Es hat eindeutig einen Paradigmenwechsel im IT-Bereich markiert. Von High-End-Industrieausrüstung bis hin zu Kinderspielzeug sind heute Milliarden von Geräten mit dem Internet verbunden und tauschen Daten aus, um ihre Aktionen zu steuern.

Als Teil der vom Internet dominierten Welt verlagern sich auch die Anforderungen der Verbraucher in Richtung intelligenter Produkte. Sehen Sie sich Smartwatches, Staubsaugerroboter, technische Haustierhalsbänder, intelligente Tracker und so weiter an. Wir alle erwarten, dass unsere Geräte und „Dinge“ sich mit dem Netzwerk verbinden können, um intelligent zu funktionieren und aus der Ferne zugänglich zu sein. Dies verstärkt die Effizienz unserer Produkte erheblich.

Das Internet der Dinge arbeitet um ein riesiges Netzwerk herum. Es sind verschiedene Komponenten beteiligt, die zusammen ein zusammenhängendes System bilden. Basierend auf gesammelten Daten von vernetzten Produkten werden autonome Aktionen von den Geräten ausgeführt. Mehrere an diesem gesamten Prozess beteiligte Einheiten bilden zusammen das komplexe IoT-Ökosystem.

Das Verständnis, was ein IoT-Ökosystem ist, zusammen mit seinen verschiedenen Komponenten, hilft zu verstehen, wie das Internet der Dinge funktioniert.

Was ist ein Internet-of-Things-Ökosystem?

Das Internet der Dinge besteht aus zwei Hauptkomponenten. Das erste ist ein Objekt oder ein „Ding“, das Sie intelligent machen möchten, indem Sie Konnektivität bereitstellen. Das andere ist das eingebettete System, das diese Konnektivität bereitstellt. Während dies einfach klingen mag, beinhaltet letzterer Teil tatsächlich ein komplexes System, das aus mehreren Sensoren, Aktoren, Protokollen, Datenverwaltungsschichten und mehr bestehen kann. Die Vernetzung all dieser Elemente ist dafür verantwortlich, dass Objekte programmierbar, intelligent und in der Lage sind, sowohl miteinander als auch mit Menschen zu interagieren.

Nehmen wir das Beispiel einer vernetzten Türklingel. Um erkennen zu können, dass jemand vor der Tür steht, auch wenn nicht geklingelt wird, und diese Daten einem Benutzer in Form von Video oder Sprache anzuzeigen, sind mehrere Komponenten erforderlich. Die Erkennung muss stattfinden und die Informationen müssen gesendet, entschlüsselt und an den Endbenutzer kommuniziert werden. Darüber hinaus bedeutet das Öffnen des Schlosses aus der Ferne auch eine weitere Einbeziehung des IoT-Ökosystems.

Das IoT-Ökosystem wächst schnell und ist daher schwer zu definieren. Jede Komponente, die daran beteiligt ist, Unternehmen und Benutzer mit ihren Geräten zu verbinden, ist Teil dieses Ökosystems. Dies können sichtbare Komponenten wie die Benutzeroberfläche oder die Hardware sein, aber auch die Software und Verarbeitungskomponenten wie Netzwerk und Speicher.

Komponenten eines IoT-Ökosystems

Hier sind die Hauptkomponenten, auf denen ein Ökosystem des Internets der Dinge basiert.

1. Sensor- und Einbettungskomponenten

Dies ist die erste Stufe eines IoT-Ökosystems und bildet das Rückgrat des gesamten Internet of Things-Netzwerks. Daten sind für IoT unverzichtbar und Sensoren sind ein wichtiger Faktor, um die Genauigkeit und Glaubwürdigkeit von Daten sicherzustellen. Diese wesentliche Schicht besteht aus physischen Mikrogeräten, die in ein IoT-Gerät eingebettet sind und für das Sammeln von Daten oder das Steuern eines Mechanismus verantwortlich sind.

Sensoren

Sensoren arbeiten, um winzige Daten aus der Umgebung zu sammeln. Sie werden manchmal auch als „Detektoren“ bezeichnet, da die Hauptfunktion von Sensoren darin besteht, selbst kleinste Veränderungen in der Umgebung zu erkennen. Dadurch kann ein IoT-Gerät relevante Daten für die Echtzeit- oder Nachbearbeitung erfassen.

Je nach Art des Sensors kann dieses kleine Stück Hardware absolut alles messen. Dies kann Rauch, Bewegung oder sogar Blutdruck sein. Während fortschrittliche Sensoren eine Reihe von Komplexitäten messen können, verfügen einige IoT-Geräte über mehrere gebündelte Sensoren, um eine Reihe von Daten erfassen oder mehrere Funktionen ausführen zu können. Unsere Smartphones haben zum Beispiel GPS, Fingerabdruck, Kamera, Neigung, Bewegung und zahlreiche andere Sensoren, alles in einem gebündelt.

Intelligente Klimaanlagen oder Thermostate können gleichzeitig Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit erfassen. Je nach Gerät und Anwendungsfall erfordern unterschiedliche Anwendungen unterschiedliche Arten von Sensoren.

Sensoren sind ein integraler Bestandteil, um eine Automatisierung basierend auf bestimmten Auslösern zu erreichen. Unter Berücksichtigung des Beispiels von intelligenten Klimaanlagen kann eine Person, die eine automatische Modusfunktion verwendet, Raumtemperaturpräferenzen zwischen 73 und 77 Grad Fahrenheit einstellen. Sobald eine Raumtemperatur von mehr als 77 Grad erkannt wird, sendet das Gerät einen Befehl an die Klimaanlage, um mit den festgelegten Einstellungen zu arbeiten. Sobald ein Raum kühler als 73 Grad ist, wird die Temperaturänderung erkannt und ein Signal zum Abschalten an die Klimaanlage gesendet.

In der Abbildung unten wird ein IoT-fähiger intelligenter AC-Controller verwendet, um eine herkömmliche Klimaanlage intelligent zu machen. Es besteht aus einem Sensor, der Raumtemperaturbedingungen erkennt, und einem Sender, der Signale sendet und eine Antwort empfängt. Das gesamte IOT-Ökosystem ist im Spiel, um automatisierte Aktionen zu steuern.

Dank technologischer Fortschritte sind die heutigen Sensoren winzig, intelligent und billig! Die Auswahl der Sensoren hängt von dem gewünschten Zweck ab. Möglicherweise möchten Sie, dass der Sensor in der Lage ist, Bewegung, Temperatur, Druck, Rauch oder andere derartige Auslöser zu erkennen. Die Wahl der Sensoren hängt auch von ihrer Genauigkeit, der Zuverlässigkeit der Ergebnisse, der Reichweite, in der sie arbeiten sollen, der Auflösung und dem Intelligenzgrad ab, dh ihrer Fähigkeit, mit Rauschen und Störungen umzugehen.

Aktuatoren

Aktoren arbeiten entgegengesetzt zu Sensoren. Während Sensoren, Sinn; Aktoren wirken. Sie empfangen ein Signal oder einen Befehl und lösen darauf basierend eine Aktion aus. Sie sind ebenso wichtig wie Sensoren, denn sobald die Sensoren eine Veränderung in der Umgebung erkannt haben, ist ein Aktuator erforderlich, um basierend auf dem Auslöser etwas zu bewirken.

Beispielsweise können Aktuatoren die Heizung und Kühlung in einer intelligenten Klimaanlage oder das Ventil in einem intelligenten Wasserhahn steuern. Sobald Sensoren erkennen, dass eine Person einen Bereich verlassen hat, wird der Aktor ausgelöst, um den Durchfluss der Klimaanlage oder den Wasserfluss im Falle eines Wasserhahns zu stoppen.

Je nach Branche und Verwendung gibt es mehrere Arten von Aktuatoren. Sie müssen möglicherweise etwas ein- oder ausschalten, aber sie können auch Ventile steuern und Aktionen wie Drehen oder Greifen ausführen, was in industriellen Anwendungen von großem Nutzen ist.

2. Konnektivität

IoT ist ein Netzwerk aus Geräten, Sensoren, Cloud und Aktoren, die alle miteinander verbunden sein müssen, um Daten entschlüsseln und folglich eine Aktion ausführen zu können. Konnektivität bildet das zweite Puzzleteil in der komplexen Welt des IoT-Ökosystems.

Protokolle

Sobald die Daten von den Sensoren gesammelt wurden, benötigen sie ein Medium für den Transport. Mit anderen Worten, es ist ein Kommunikationskanal zwischen Sensoren und der Cloud notwendig. IoT-Protokolle sind für die Übertragung von Daten in der Online-Welt verantwortlich und diese Übertragung kann nur möglich sein, wenn zwei Geräte sicher verbunden sind. IoT-Standards und -Protokolle beinhalten eine unsichtbare Sprache, die es physischen Objekten ermöglicht, miteinander zu kommunizieren.

Die Wahl des Netzwerks hängt von Faktoren wie Stromverbrauch, Geschwindigkeit der Datenübertragung, Reichweite, Bandbreite und Gesamteffizienz ab. Einige der beliebtesten drahtlosen IoT-Protokolle und -Standards sind Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee, LoRaWAN, DDS, MQTT, Mobilfunk usw. Diese und andere Kanäle machen es einfach und sicher, Daten an die nächste IoT-Schicht zu übertragen und auszutauschen zum Bearbeiten.

IoT-Gateways

Eingehende Rohdaten von den Sensoren müssen Gateways passieren, um die Cloud zu erreichen. Gateways übersetzen Netzwerkprotokolle, um eine nahtlose Kommunikation aller Geräte innerhalb des Netzwerks sicherzustellen. Dies macht die Gateways im Wesentlichen zu einem entscheidenden Kommunikationspunkt und ist für die einfache Verwaltung des Datenverkehrs verantwortlich.

Darüber hinaus bieten Gateways Sicherheit, indem sie das System vor unbefugtem Zugriff und böswilligen Angriffen schützen. Es kann auch als Sicherheitsschicht betrachtet werden, da die durch es fließenden Daten durch die neuesten Verschlüsselungsverfahren geschützt sind.

Gateways können auch Daten von den Sensoren vorverarbeiten, bevor sie an die Cloud gesendet werden. Mit anderen Worten, sie minimieren die großen Datenmengen, die in der vorherigen Stufe „erfasst“ wurden. Nicht alle, aber einige intelligente IoT-Gateways haben die Fähigkeit, Daten auch zu analysieren und zu mitteln, um nur die relevanten Daten in die Cloud zu übertragen.

3. IoT-Cloud

Sobald die Daten gesammelt und in die Cloud gereist sind, müssen sie verarbeitet werden. In der Cloud findet das „Smart Stuff“ statt! Diese Hochleistungsanlage verbindet die Komponenten des IoT-Ökosystems weitgehend miteinander. Es verarbeitet die Daten, speichert sie und trifft Entscheidungen, um einen Deal abzuschließen oder zu brechen. All dies wird für kolossale Datenmengen in knapp Millisekunden durchgeführt – die Zeit ist entscheidend für das IoT, da insbesondere bei kritischen Themen wie Gesundheit und Sicherheit die Latenz nicht beeinträchtigt werden darf.

Während der Hauptzweck von IoT-Lösungen darin besteht, Echtzeitinformationen bereitzustellen und darauf zu reagieren, muss es eine Komponente geben, die in der Lage ist, enorme Datenmengen zu verarbeiten, um der zeitkritischen Natur des IoT-Modells Rechnung zu tragen. Hier kommen Cloud-Systeme ins Spiel. Sie bilden das Gehirn des IoT-Ökosystems, da sie typischerweise für die Verarbeitung, Steuerung oder Berücksichtigung von Analysen der gesammelten Daten verantwortlich sind. Geräte, Protokolle, Gateway und Speicher werden für eine effiziente Datenanalyse in Echtzeit kombiniert.

Mit ihrer immensen Rechenleistung, ihren Speicherkapazitäten, Netzwerkoptionen, Analysen und anderen Servicekomponenten machen Clouds Informationen für die Verbraucher effektiv verfügbar.

Während die Cloud für IoT nicht notwendig ist, da lokale Verarbeitung mit Edge- oder Fog-Computing ebenfalls eine Option ist, kann die Cloud als Hochleistungseinrichtung bevorzugt werden, die massive Skalierbarkeit und niedrigere Betriebskosten bietet. Edge-Computing hingegen wird bevorzugt, wenn große Mengen an Datenverarbeitung und -speicherung vor Ort erforderlich sind.

4. IoT-Analyse und Datenmanagement

Daten mögen ein kleines Wort sein, aber sie haben eine immense Macht, die einen enormen Einfluss auf jedes Unternehmen haben kann. IoT Analytics wird verwendet, um die riesigen Mengen an analogen Daten zu verstehen. Dies kann beispielsweise die Bestimmung von Key Performance Indicators in einer bestimmten Anwendung beinhalten, bei der man daran interessiert sein könnte, Fehler oder Unregelmäßigkeiten in Echtzeit anzuzeigen.

Einmal identifiziert, wäre eine sofortige Maßnahme erforderlich, um unerwünschte Szenarien zu verhindern. Anders ausgedrückt beinhaltet die Analytik die Umwandlung von Rohdaten in nützliche Erkenntnisse, die später interpretiert oder analysiert werden, um die Entscheidungsfindung voranzutreiben.

Intelligente Analysen sind in mehreren Szenarien nützlich. Die grundlegende Rolle besteht darin, eine Situation zu analysieren und darauf basierend eine Entscheidung zu formulieren. Dies kann grundlegend sein, wie z. B. die Analyse, ob die Temperatur eines Raums in einen akzeptablen Bereich fällt, oder komplex, wenn beispielsweise ein Auto kurz vor einem Unfall steht. Datenanalysen helfen dabei, wichtige geschäftliche Erkenntnisse zu gewinnen. Deep-Learning-Modelle können für prädiktive Analysen verwendet werden. Aus den Daten können verschiedene Erkenntnisse abgeleitet werden, um Trends vorherzusagen, vorauszuplanen und nützliche Geschäftsentscheidungen zu treffen.

Analytics erfordert Speicherleistung und intelligente Berechnungen, um alle Daten sinnvoll interpretieren zu können. Je nach IoT-Architektur können solche Aufgaben in der Cloud gehostet werden.

5. Endgeräte und Benutzeroberfläche

Die Benutzeroberfläche ist die sichtbare Komponente, die leicht zugänglich ist und vom IoT-Benutzer kontrolliert wird. Hier kann ein Benutzer das System steuern und seine Präferenzen festlegen. Je benutzerfreundlicher diese Komponente des IoT-Ökosystems ist, desto einfacher ist die Interaktion eines Benutzers.

Ein Benutzer kann über das Gerät selbst mit dem System interagieren, oder diese Interaktion kann aus der Ferne über Smartphones, Tablets und Laptops durchgeführt werden. Auch Smart-Home-Systeme wie Amazon Alexa oder Google Home etc. ermöglichen es den Nutzern, mit ihren „Dingen“ zu kommunizieren.

Design ist in der heutigen schnelllebigen Welt ein wichtiger Aspekt, und ein IoT-Gerät kann sich auf der Grundlage eines starken Designs von einem Mitbewerber abheben. Touch-Oberflächen, die Verwendung von Farben, Schriftarten, Sprache und mehr sind einige der Faktoren, die hier eine Rolle spielen. Während ein attraktives Design notwendig ist, sollte die Schnittstelle benutzerfreundlich genug sein, um Schwierigkeiten für den Benutzer zu vermeiden.

Fazit

Es ist spannend, das Wachstum des IoT zu beobachten. Dieses alles andere als langweilige Feld entwickelt sich mit der Zeit kontinuierlich weiter und wird in verschiedenen Branchen eingeführt, die sich auf grundlegende sowie kritische Anwendungsfälle verteilen.

Während das IoT im Laufe der Jahre große Fortschritte gemacht hat, ist die Definition des IoT-Ökosystems ein sich entwickelndes Studiengebiet. Die Komponenten des Systems bleiben gleich, aber die Mechanismen unterscheiden sich je nach Anwendungsfall, Branche und Budget. Das IoT-Ökosystem verbindet Anbieter und Unternehmen und vereinfacht darüber hinaus die Lösungsplanung für ein effizientes, zuverlässiges und sicheres IoT-System.

Verwenden Sie diese Informations- und IoT-Sicherheitssoftware, um sicherzustellen, dass Ihr IoT-Ökosystem eine hervorragende Zuverlässigkeit und Sicherheit bietet.