So funktionieren IoT-Protokolle

Wichtige IoT-Protokolle

1. MQTT: „Message Queuing Telemetry Transport“ (MQTT) gehört zu den schlankesten Kommunikationsprotokollen für das Internet der Dinge. Es eignet sich beispielsweise für den Datenaustausch zwischen Sensoren bei geringer Bandbreite und für Mobiltelefone bei unzuverlässiger Netzwerkstabilität. MQTT wurde bereits im Jahr 1999 entwickelt. Heute ist es eines der führenden Open-Source-Protokolle für die Kommunikation zwischen Geräten mit kleinem Codeumfang sowie für drahtlose Netzwerke. MQTT kommt häufig in der Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) zum Einsatz.
2. HTTP: Das am weitesten verbreitete IoT-Protokoll für die Gerätevernetzung über das Internet ist das „Hypertext Transfer Protocol“ (HTTP). Zu den Vorteilen dieses weithin etablierten Standards zählt, dass nahezu jede Plattform, Programmiersprache und Infrastruktur ihn unterstützt. Dies macht die Integration verschiedenster IoT-Geräte einfach. Nachteilig kann sich auswirken, dass die Kommunikation ressourcenintensiv ist, weil jede Nachricht auch Authentifizierungsinformationen enthalten muss.
3. Bluetooth / BLE: Bluetooth ist eine Technologie für die verbindungslose Kommunikation. Sie verwendet Funkwellen mit kurzer Wellenlänge, die sich für geringe Reichweiten wie beispielsweise beim Audio-Streaming optimal eignen. Im Verbrauchersektor kommt dieses IoT-Protokoll beispielsweise bei Smartwatches, Glukose-Trackern oder in Smart Homes zum Einsatz. Typische industrielle Anwendungen sind Lagersteuerung, vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) und Robotik. Vorteile sind die hohe Energieeffizienz und die einfache Verfügbarkeit. Die neuere Variante „Bluetooth Low Energie“ (BLE) ist für IoT-Anwendungen optimiert und braucht noch weniger Strom als Standard-Bluetooth.
4. AMQP: Das „Advanced Message Queuing Protocol“ (AMQP) ist ein offenes, standardisiertes Protokoll für eine besonders zuverlässige Nachrichtenübertragung zwischen Geräten auch über große Reichweiten hinweg. Es ist unabhängig von eingesetzten Message Brokern oder Plattformen. Zudem eignet es sich auch für verteilte Systeme, selbst wenn diese zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht gleichzeitig online sind, die Übertragung also „asynchron“ ist. Dieses Protokoll bietet durch Verschlüsselung eine besonders hohe Sicherheit und kommt zum Beispiel im Finanzsektor, in der Industrie 4.0 und für Cloud-Services zur Anwendung.
5. CoAP: Bereits 2013 hat eine Arbeitsgruppe der „Internet Engineering Task Force“ (IETF) das IoT-Protokoll „Constrained Application Protocol“ (CoAP) eingeführt, um die Zusammenarbeit in HTTP-basierten IoT-Systemen bei geringen Bandbreiten zu vereinfachen. Anders als HTTP basiert CoAP auf dem „User Datagram Protocol“ (UDP), was es ressourcenschonender und schneller macht. Für Sensoren und andere eingeschränkte Geräte in IoT-Umgebungen ist dieses Protokoll ideal: zum Beispiel in der Maschinenkommunikation, in Energienetzen, bei der Lichtsteuerung im Smart Home und bei der Verkehrsüberwachung in Smart Cities.
6. LoRa / LoRaWAN: LoRa ist die Abkürzung für „Long Range“ (auf Deutsch: „große Reichweite“). LoRa nutzt eine physikalische Funktechnologie, die auf einem Sub-Ghz-Frequenzband basiert und damit Reichweiten von mehreren Kilometern drahtlos und ohne Mobilfunk erreicht. Die LoRa Alliance entwickelte damit das „Long Range Wide Area Network“ (LoRaWAN): ein cloudbasiertes Protokoll, dass es Geräten ermöglicht, zuverlässig über LoRa zu kommunizieren. LoRaWAN ist eines der führenden IoT-Protokolle beispielsweise für landwirtschaftliche Anwendungen, Industrie 4.0, Energieversorgungsunternehmen und Sensoren zur Messung der Luftqualität in Städten.
7. Thread: Das IoT-Netzwerkprotokoll Thread wurde nach der Thread Group benannt, die es entwickelt hat. Es bietet eine vermaschte Architektur (engl. „mesh“), bei der Geräte sowohl als Endpunkte als auch als Weiterleitungspunkte fungieren können. Die Kommunikation per Thread-Protokoll gilt als besonders zuverlässig und ausfallsicher, da sie Daten automatisch weiterleiten kann. Thread benötigt keinen zentralen Knotenpunkt und ist daher kostengünstig. Zudem punktet das IoT-Protokoll auch durch seine Energieeffizienz, insbesondere beim Einsatz von batteriebetriebenen Geräten in IoT-Systemen.
8. Zigbee: Zigbee ist ein Mesh-Protokoll mit geringem Energieverbrauch, das für Anwendungen in der Gebäude- und Heimautomatisierung konzipiert ist. Mesh-Protokolle zeichnen sich durch eine dezentrale Struktur aus, in denen jedes Netzwerkgerät mit mehreren anderen Geräten vernetzt ist. Im IoT-Bereich ist Zigbee das populärste Mesh-Netzwerkprotokoll. Es besitzt eine noch höhere Reichweite als BLE, verbraucht aber weniger Strom.
9. XMPP: Das „Extensible Messaging and Presence Protocol“ (XMPP) gibt es schon seit den frühen 2000er Jahren. Entwickelt zunächst für die Echtzeitkommunikation per Instant Messaging zwischen Personen, kommt das Open-Source-Protokoll heute in der Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M-Kommunikation) zur Anwendung. Das Protokoll baut auf der „Extensible Markup Language“ (XML) auf, erleichtert die Kommunikation zwischen verschiedenen Plattformen und überzeugt zudem durch kontinuierliche IoT-bezogene Neuentwicklungen. XMPP ist häufig die Basis für Echtzeitanwendungen wie Multi-User-Chats, Videokonferenzen und Audio-Calls.
10. LTE-M: „Long Term Evolution Machine Type Communication“ (LTE-M) ist ein Mobilfunkstandard, der speziell für das Internet der Dinge entwickelt wurde. Das Netzwerkprotokoll ermöglicht eine sehr zuverlässige Kommunikation mit hohen Datenraten und geringen Latenzen (Verzögerungszeiten). Dieser Standard kommt besonders oft in beweglichen Anwendungen zum Einsatz (z.B. Autos oder Züge). LTE-M ermöglicht den nahtlosen Funkzellenwechsel – beispielsweise in der Logistik, Telematik und im Flottenmanagement.

• Wie viele Geräte sollen miteinander kommunizieren?
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• Ist eine Kommunikation in Echtzeit nötig?
• Wie energieeffizient soll das System sein?
• Welche Reichweiten benötigen Sie?
• Welche Rolle spielt die Übertragungssicherheit?