IoT

IoT-Hardware

Die Basis für vernetzte Unternehmensprozesse

IoT-Hardware bildet das Fundament jeder erfolgreichen IoT-Strategie. Sie vernetzt Maschinen, Anlagen und Geräte und liefert wertvolle Echtzeitdaten. Diese Vernetzung unterstützt Unternehmen dabei, Prozesse effizienter zu gestalten, Ausfallzeiten zu reduzieren und digitale Geschäftsmodelle zu entwickeln. Welche Hardware-Bausteine dabei zum Einsatz kommen und wie Unternehmen diese sicher nutzen, erfahren Sie in diesem Artikel.

Inhaltsverzeichnis

Das Wichtigste zu IoT-Hardware in Kürze

  • Das Internet of Things (IoT) verbindet Geräte unterschiedlicher Art miteinander, um Prozesse zu automatisieren und Ausfälle kritischer Systeme zu verhindern.
  • IoT-Devices dienen allgemein dazu, Daten zu erfassen und zu übertragen. Dazu gehören z.B. Temperaturwerte und Maschinenstatus.
  • IoT-Hardware umfasst in der Regel Sensoren, Mikrocontroller, Kommunikationsmodule und Aktoren.
  • Es gibt unterschiedliche Verfahren, um IoT-Hardware an Ihr Unternehmensnetz anzubinden. Die wichtigsten sind unterschiedliche Kategorien von SIM-Karten, Industrial-SIM-Chips und eSIMs.
  • Die Datenübetragung kann über fast alle gängigen Kommunikationsnetze erfolgen. Meist findet sie über die Mobilfunknetze und Ethernet-Netzwerke statt.
Agrarwirtin arbeitet am Tablet. Im Hintergrund sind Erntemaschinen zu sehen.

Internet of Things: Alles aus einer Hand

Durch die intelligente Vernetzung von Maschinen und Gegenständen werden unter anderem Produktion und Logistik effizienter gestaltet. So sparen Sie wichtige Ressourcen und erweitern Ihre Geschäftsmodelle.

Optimieren Sie jetzt Ihre Prozesse: Wir sind mit über 118 Millionen Connections führend im Bereich IoT und diese Zahl wächst täglich.

Was ist IoT-Hardware?

IoT-Hardware ist die physische Grundlage des Internet of Things (IoT). Sie umfasst alle Geräte und Komponenten, die Daten von Maschinen und Anlagen erfassen, verarbeiten und über Netzwerke mit anderen Systemen austauschen. Dazu zählen Sensoren, Aktoren, Mikrocontroller, Gateways und Kommunikationsmodule.
Erst durch diese Hardware können Maschinen, Anlagen, Fahrzeuge oder Gebäude miteinander kommunizieren und in digitale Geschäftsprozesse eingebunden werden. IoT-Hardware schlägt damit die Brücke zwischen der physischen und der digitalen Welt.
Die Einsatzmöglichkeiten reichen von der intelligenten Lagerverwaltung über die vorausschauende Wartung bis hin zur automatisierten Qualitätskontrolle. Unternehmen aus Industrie, Logistik, Gesundheitswesen, Energieversorgung und weiteren Bereichen integrieren IoT-Geräte in ihre Infrastruktur, um sich Wettbewerbsvorteile zu sichern.

Wie funktioniert IoT-Hardware?

IoT-Hardware umfasst mehreren Komponenten:
  • Sensoren erfassen physikalische Werte wie Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Vibration oder Bewegung.
  • Mikrocontroller bzw. Prozessoren verarbeiten die gesammelten Daten direkt im Gerät.
  • Kommunikationsmodule senden die gesammelten Informationen über Mobilfunk, WLAN, Bluetooth, Ethernet oder spezielle IoT-Funkstandards an zentrale Plattformen.
  • Aktoren können auf Basis der Daten automatisch Aktionen ausführen, etwa eine Maschine steuern oder ein Ventil öffnen.
Die erfassten Daten werden in Echtzeit an eine IoT-Plattform oder andere Anwendungen übertragen. Dort können sie von den Verantwortlichen und/oder einer künstlichen Intelligenz analysiert werden, um sie für die Anpassung von automatisierten Prozessen, Auswertungen oder Entscheidungen zu nutzen. Auch manuelle Eingriffe sind möglich, bevor es beispielsweise zu einer Störung oder einem Defekt kommt.

IoT-Hardware: Komponenten und Beispiele

Verschiedene IoT-Komponenten bilden gemeinsam ein vernetztes Ökosystem, das Daten kontinuierlich erfasst und nutzbar macht. Je nach Anwendungsfall kommt unterschiedliche IoT-Hardware zum Einsatz:
  • Sensoren und Messgeräte: zur Überwachung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder Vibrationen in Maschinen
  • Smart Meter: intelligente Zähler für die Messung des Energieverbrauchs
  • GPS-Tracker: Ortungsgeräte für die Echtzeitverfolgung von Fahrzeugen, Containern oder Gütern
  • Edge Devices: lokale Recheneinheiten zur Verarbeitung von Daten direkt am Entstehungsort
  • Industrie-PCs: robuste Computer zum Steuern und Überwachen von Maschinen und Produktionsanlagen
  • IoT-Gateways: Schnittstellen zur Verbindung von Sensoren, Maschinen und anderen IoT-Geräten mit der Cloud
  • Kommunikationsmodule: Funkmodule für die Datenübertragung über Mobilfunknetze wie LTE-M, NB-IoT oder 5G
  • Aktoren und Steuerungseinheiten: Komponenten zur automatischen Ausführung von Befehlen, wie zum Öffnen eines Ventils oder Schalten eines Motors
Geschäftsmann telefoniert mit Smartphone

Vodafone Campus-Netze: 5G und IoT im Zusammenspiel

Egal, welche Art von Campus-Netz Sie aufbauen wollen: Vodafone hat für jeden Bedarf das richtige Angebot.

  • Campus Private: Eigene 5G-Infrastruktur
  • Campus Isolated: Maximale Datensicherheit
  • Campus Flex: Für höchste Performance

IoT-Hardware anbinden: SIM-Karten, SIM-Chips und Netze

Es gibt unterschiedliche Verfahren, um IoT-Hardware an Ihr Unternehmensnetz anzubinden. Die wichtigsten stellen wir Ihnen in den folgenden Abschnitten vor.

Das Standard-SIM-Verfahren (Mini-SIM, Micro-SIM oder Nano-SIM)

Hier rüsten Sie Ihre vorhandene Hardware einfach mit einer SIM-Karte aus. Je nach gewähltem oder vorhandenem Karten-Slot brauchen Sie eine Mini-SIM (2FF), Micro-SIM (3FF) oder Nano-SIM (4FF), also die Größen, die bei einer Multi-SIM ohnehin integriert sind.

Der Industrial-SIM-Chip (DFN-8)

Sie planen, Maschinen oder Anlagen zu vernetzen, die unter besonderen Umwelt- oder Einsatzbedingungen arbeiten? Dann sollten Sie über einen industriell gefertigten SIM-Chip nachdenken. Er lässt sich fest installieren, arbeitet in extremen Temperaturbereichen von minus 40 bis plus 105 Grad Celsius, hält jede Menge Schreib- und Löschzyklen aus und speichert Daten selbst bei 85 Grad Celsius Umgebungstemperatur bis zu zehn Jahre lang zuverlässig.

Die eSIM (embedded SIM)

Eine eSIM ist ein fest in Geräten integrierter Chip, der die Funktionen einer klassischen physischen SIM-Karte digital bereitstellt. Sie müssen keine SIM-Karte einsetzen oder austauschen – das entsprechende Gerät lädt das Mobilfunkprofil per Software.
Für Sie als Unternehmen bietet die eSIM besonders im (I)IoT- und M2M-Umfeld Vorteile, da Sie die Mobilfunkverbindungen Ihrer Maschinen und Geräte zentral verwalten und bei Bedarf aus der Ferne aktivieren oder wechseln können.

Welche Netze nutzt IoT-Hardware?

Sie können mit Ihrer IoT-Hardware je nach Anwendungsfall unterschiedliche Kommunikationsnetze nutzen. Welches am besten passt, hängt vor allem von Faktoren wie Reichweite, Datenvolumen, Energieverbrauch und Mobilität ab.
Zu den wichtigsten Netztechnologien gehören:
  • Mobilfunknetze (4G|LTE, 5G): für mobile oder weit verteilte IoT-Geräte, beispielsweise in Fahrzeugen, der Logistik von Waren oder Industrieanlagen
  • LTE-M und NB-IoT: speziell für IoT-Anwendungen entwickelte Mobilfunkstandards mit geringem Energieverbrauch und hoher Gebäudedurchdringung
  • WLAN (Wi-Fi): geeignet für IoT-Hardware innerhalb von Gebäuden oder Firmennetzen mit Internet-Anbindung
  • Ethernet (LAN): kabelgebundene Datenübertragung für besonders stabile und sichere Verbindungen bei industriellen Anwendungen
  • Bluetooth und Bluetooth Low Energy (BLE): meist bei der Kommunikation über kurze Distanzen im Einsatz, etwa bei Sensoren und Wearables
  • Longe Range Wide Area Network (LoRaWAN): Funknetz mit großen Reichweiten und niedrigem Energieverbrauch, beispielsweise im Smart Metering oder in Smart-City-Anwendungen
  • Satellitennetze: für IoT-Lösungen in abgelegenen Regionen ohne Mobilfunkabdeckung, etwa in der Landwirtschaft oder im Energiesektor
Im industriellen Umfeld dominieren heute LTE-M, NB-IoT, 4G|LTE, 5G sowie Ethernet-Netzwerke. Sie bieten die notwendige Zuverlässigkeit, Sicherheit und Skalierbarkeit für Anwendungen wie Condition Monitoring, Fernwartung, Asset Tracking und Predictive Maintenance.
Übrigens: Mit Modbus Cloud Connect können Sie Ihre Geräte auf einfache Weise IoT-fähig machen. Sie erhalten damit via LTE-M oder Narrowband-IoT direkten Zugriff auf die Cloud und können sämtliche Geräte zentral verwalten.
Eine Frau sitzt lächelnd vor einem Notebook

Vodafone Modbus Cloud Connect

Das All-in-One-Produkt für eine direkte Verbindung von Modbus-RTU-Geräten über LPWA (NB-IoT & LTE-M) in die Cloud.

  • Einfache Installation & Inbetriebnahme
  • Einfaches IoT-Upgrade von Bestandsgeräten (Retrofit)
  • Einfache, autarke Datenkommunikation über Narrowband-IoT & LTE-M
  • Einfacher und gesicherter Betrieb über den Lebenszeitraum

IoT-Hardware im Einsatz

Für das IoT gibt es unzählige Einsatzzwecke. Dabei brauchen alle IoT-Geräte spezielle, fest verbaute IoT-Chips, die in der Regel deutlich robuster sein müssen als „Wegwerf-Chips“ wie etwa aus der unsichtbaren Diebstahlsicherung. Dementsprechend sind IoT-Chips mit höheren Investitionen verbunden.
Je nach Einsatzzweck verbaut man unterschiedliche Kategorien von IoT-Sensoren und -Geräten. Hier einige Beispiele für Anwendungsbereiche:
  • Warenverfolgung und Asset Tracking: Echtzeitortung von Paketen, Fahrzeugen oder Containern mit GPS-Trackern und Mobilfunkanbindung
  • Füllstandüberwachung: automatische Überwachung von Verbrauchsmaterialien wie Druckerpatronen, Tanks oder Silos
  • Umwelt-Monitoring: Erfassung von Luftqualität, Temperatur, Feuchtigkeit oder Lärmbelastung durch vernetzte Sensoren
  • Smart Cities: vernetzte Infrastruktur wie Ladesäulen, intelligente Straßenbeleuchtung oder Parkraum-Managementsysteme
  • Medizintechnik: Wearables und mobile Messgeräte zur vernetzten Gesundheitsüberwachung
  • Zutrittskontrolle: digitale Schließsysteme, Zugangskarten oder biometrische Identifikationslösungen
  • Sicherheits- und Videoüberwachung: IP-Kameras und vernetzte Alarmsysteme zur Objektüberwachung
  • Industrielle Automatisierung: SPS-/PLC-Systeme zur Steuerung und Überwachung von Maschinen und Produktionsprozessen
  • IT- und Rechenzentrums-Management: Managementsysteme zur Fernüberwachung und Wartung von Servern und Netzwerkinfrastrukturen
  • Smart Factory: vernetzte Maschinen, Roboter und Produktionsanlagen im Rahmen der Industrie 4.0

Diese Betriebssysteme für IoT-Geräte gibt es

Ihre IoT-Hardware braucht ein passendes Betriebssystem. Bei Anwendungen wie speicherprogrammierbaren Steuerungen ist dies hardwareseitig vorgegeben. Abseits davon haben Sie die Wahl. Es gibt unter anderem folgende Systeme:

FreeRTOS

FreeRTOS ist ein quelloffenes Echtzeit-Betriebssystem für Mikrocontroller. Dieses Betriebssystem ermöglicht die Programmierung kleiner und stromsparender Edge-Geräte der Embedded-Klasse. Dies beinhaltet allgemein Geräte mit Mikrocontrollern, die nur eine spezifische Aufgabe erfüllen –etwa ein Smart Meter zum Erfassen eines Energieverbrauchs.
FreeRTOS erfasst Sensordaten, stellt sie bereit und verwaltet sie. Unter anderem AWS IoT unterstützt die Anbindung von Geräten mit FreeRTOS-Steuerung.

Embedded Linux

Dieses offene Betriebssystem findet sich häufig auf leistungsfähigen IoT-Gateways, Industrie-PCs und Edge-Geräten. Embedded Linux gilt als ressourcenschonend, flexibel anpassbar und ist für den dauerhaften Betrieb in industriellen Umgebungen ausgelegt. Es ermöglicht die Verarbeitung und Übertragung von Daten, die Anbindung von Sensoren und Kommunikationsmodulen sowie die sichere Verwaltung von IoT-Anwendungen.

Zephyr OS

Zephyr OS ist ein schlankes Open-Source-Betriebssystem für IoT- und Embedded-Geräte, das speziell für ressourcenarme Sensoren, Mikrocontroller und industrielle Anwendungen entwickelt wurde. Es unterstützt Echtzeitfunktionen, zahlreiche Prozessorarchitekturen und verschiedene Kommunikationsstandards wie Bluetooth, WLAN und Mobilfunk.
Dank des geringen Speicherbedarfs, der hohen Skalierbarkeit und integrierter Sicherheitsfunktionen eignet es sich besonders für vernetzte IoT-Hardware, die zuverlässig und energieeffizient arbeiten muss. Daher kommt es häufig in Industrie-4.0-, Smart-Building- und Edge-Computing-Anwendungen zum Einsatz.

Nvidia DriveOS

DriveOS von Nvidia ist ein IoT-Referenzbetriebssystem für autonome Fahrzeuge. Laut Hersteller bietet DriveOS eine geschützte Ausführungsumgebung für sicherheitskritische Anwendungen. Zu diesem Paket gehören Anwendungen wie Secure Boot, Security Services, eine Firewall und Over-the-Air-Updates. Autohersteller wie Tesla, Mercedes Benz und Volkswagen nutzen (in Teilen) das DriveOS-System.
Geschäftsmann telefoniert mit Smartphone

Vodafone Campus-Netze: 5G und IoT im Zusammenspiel

Egal, welche Art von Campus-Netz Sie aufbauen wollen: Vodafone hat für jeden Bedarf das richtige Angebot.

  • Campus Private: Eigene 5G-Infrastruktur
  • Campus Isolated: Maximale Datensicherheit
  • Campus Flex: Für höchste Performance

IoT-Hardware absichern: Risiken und Sicherheit

Wie jedes internetfähige Gerät kann auch IoT-Hardware zum Ziel von Cyberangriffen werden. Neben Datendiebstahl droht dabei die Manipulation von Sensoren, Aktoren oder ganzen Systemen. Die Ziele der Attacken reichen von Industriespionage über das Ausspähen von Warenströmen bis hin zu gezielten Sabotageversuchen, die den Geschäftsbetrieb beeinträchtigen sollen.
Um keine unnötigen Risiken einzugehen, sollten Sie als Unternehmen nur die tatsächlich benötigten Dienste und Kommunikationsschnittstellen aktivieren. Insbesondere bei leistungsfähigen IoT-Geräten mit eigenem Betriebssystem empfiehlt es sich, nicht benötigte Ports konsequent zu schließen, um potenzielle Angriffsflächen zu reduzieren.
Besondere Aufmerksamkeit erfordern sicherheitskritische Anwendungen wie:
  • Zutrittskontrollsysteme
  • IP-Kameras
  • Kühl- und Klimaanlagen
  • Industrielle Steuerungssysteme (SPS/PLC)
Werden diese kompromittiert, können Produktionsausfälle, Sachschäden oder unbefugte Zugriffe die Folge sein. Deshalb sollten Sie sensible IoT-Hardware durch Verschlüsselung, starke Authentifizierungsverfahren, kontinuierliche Überwachung sowie Schutzmaßnahmen gegen DDoS-Angriffe absichern.
Grundsätzlich gilt: Je kritischer die Funktion eines IoT-Geräts für den Geschäftsbetrieb ist, desto stärker und strenger sollten die Schutzmaßnahmen sein.
Mehr Informationen zum Thema finden Sie in einem separaten Beitrag zum Thema IoT-Security.

Unser Fazit: IoT-Hardware bildet die Grundlage für die Industrie 4.0

IoT-Hardware umfasst Sensoren, Gateways, Kommunikationsmodule und intelligente Endgeräte. Sie bilden die Grundlage dafür, dass Maschinen, Anlagen und Systeme Daten in Echtzeit erfassen, austauschen und nutzen können. Dadurch entsteht die Transparenz und Konnektivität, die Sie als Unternehmen benötigen, um Prozesse zu digitalisieren, fundierte Entscheidungen zu treffen und Ihre Wettbewerbsfähigkeit langfristig zu sichern.
Im Umfeld der Industrie 4.0 schafft IoT-Hardware die Voraussetzungen für intelligente Fertigungsprozesse, automatisierte Abläufe und datenbasierte Geschäftsmodelle. Sie ermöglicht Anwendungen wie Condition Monitoring, Predictive Maintenance, Asset Tracking und intelligente Qualitätskontrollen.
Damit hilft IoT-Hardware Ihnen dabei, Ausfallzeiten zu reduzieren, Ressourcen effizienter einzusetzen und Ihre Produktivität zu steigern. Die passende Hardware ist damit ein zentraler Baustein auf dem Weg zur vernetzten Fabrik.
Wenn Sie IoT-Technologien einsetzen wollten, sollten Sie einige entscheidende Faktoren beachten: die Auswahl geeigneter Hardware, die Anbindung an leistungsfähige Kommunikationsnetze sowie ein durchdachtes Sicherheitskonzept. Wenn Sie diese Aspekte strategisch berücksichtigen, setzen Sie IoT-Technologien effektiv ein und profitieren von den vielfältigen Möglichkeiten der Industrie 4.0. Wenden Sie sich hierzu gern an Vodafone.
Agrarwirtin arbeitet am Tablet. Im Hintergrund sind Erntemaschinen zu sehen.

Internet of Things: Alles aus einer Hand

Durch die intelligente Vernetzung von Maschinen und Gegenständen werden unter anderem Produktion und Logistik effizienter gestaltet. So sparen Sie wichtige Ressourcen und erweitern Ihre Geschäftsmodelle.

Optimieren Sie jetzt Ihre Prozesse: Wir sind mit über 118 Millionen Connections führend im Bereich IoT und diese Zahl wächst täglich.

IoT-Hardware: Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Das könnte Sie auch interessieren:
IoT
Schmuckbild

Digital Twins

Digital Twins (digitale Zwillinge) sind virtuelle Abbilder physischer Objekte und liefern Echtzeitdaten zu diesen Objekten. Erfahren Sie, wie die Technologie funktioniert, welche Beispiele es aus Industrie, Medizin und Städtebau gibt und welche Software und Technologien zum Einsatz kommen.