IoT-Geräte: Diese Arten gibt es und so funktionieren sie (sicher)

Technologie

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Datum 24.02.2021
Lesezeit 7 Min.

IoT-Geräte: Diese Arten gibt es und so funktionieren sie (sicher)

Das Internet der Dinge (IoT) ermöglicht die Vernetzung von Geräten oder Gegenständen jeglicher Art über weite Strecken hinweg. Ziel dieser technologischen Revolution ist es unter anderem, Warenströme sichtbar(er) zu machen (Sensoren), Ausfällen kritischer Systeme vorzubeugen (Sensoren/Aktoren) und das Leben der Menschen (Stichwort: Smart Objects und Smart Home) zu verbessern. Was technisch hinter der neuen, vernetzten Welt steckt und welche IoT-Hardware sich für welchen Zweck eignet, erfahren Sie hier.

Mehr als 55 Milliarden IoT-Geräte sollen bis 2025 weltweit vernetzt sein. Angefangen hat all das im Jahr 1982 mit einem „intelligenten” Cola-Automaten, der automatisch sowohl seinen Lagerbestand als auch die Getränketemperatur an eine zentrale Stelle meldete. Seither hat sich viel getan. IoT-Geräte ermöglichen heutzutage etwa moderne Maschinenkommunikation und intelligente Warenverfolgung. Doch ist das alles frei von Risiken? Mit welchen Mechanismen lassen sich IoT-Geräte gegen unbefugtes Auslesen oder Benutzung schützen? All das erfahren Sie hier.

Welche IoT-Geräte gibt es?

Das Internet der Dinge ist keine Zukunftsmusik, sondern bereits in vielen Branchen angekommen. Mitte 2020 vermeldete allein Vodafone mehr als 100 Millionen IoT-Chips im Einsatz.

Im Grunde sind sämtliche Geräte und Komponenten, die drahtlos oder drahtgebunden an das Internet angeschlossen werden können, IoT-Geräte. Sie erfassen, verarbeiten und übertragen dabei Daten, die sie aus ihrer Umwelt beziehen. Jedes solche IoT-Gerät verfügt normalerweise über eine weltweit eindeutige IP-Adresse aus dem IPv6-Umfeld, manchmal (bei komplexeren Geräten) auch aus dem IPv4-Bereich.

Doch welche Arten von IoT-Bauteilen gibt es überhaupt? Und: Welcher Chip eignet sich für welchen Zweck? Nicht jeder denkbare Sensor braucht eine eigene Anbindung an das Internet – die verarbeitenden Geräte dafür meist schon, wenn Daten in der Cloud gespeichert und analysiert werden sollen. Davon abgesehen muss nicht jedes denkbare IoT-fähige Gerät in der Lage sein, angeschlossene Hardware aktiv zu beeinflussen. Diese Entscheidung sollte einer intelligenten Steuerung im Hintergrund und eventuell sogar einer manuellen Kontrolle unterliegen.

 Internet of Things: Alles aus einer Hand

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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.

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Die intelligente Kombination aus günstigen Passivbauteilen und wiederverwendbarer Aktiv-Hardware ist Grundlage für viele erfolgreiche IoT-Anwendungen, die teilweise schon jetzt mit großem Erfolg im Einsatz sind:

Die Anfänge von IoT in ihrer einfachsten Form: Der passive RFID-Chip

Schon lange kommen passive RFID-Chips in ihrer einfachsten Form zum Einsatz. Beispielsweise in Kaufhäusern als Warensicherung, aber auch bei Paketaufklebern. Sie bestehen aus einem „Aufkleber”, der eine Antenne und eine Codierung verbirgt. Sendet nun ein RFID-Lesegerät ein entsprechendes Funksignal aus, „antwortet” der RFID-Chip innerhalb eines begrenzten Radius mit seiner Kennung.

So wissen Sie dank RFID-IoT im Zweifel immer, ob sich Ihre Ware oder ein (bislang unbezahltes) Kleidungsstück dort aufhalten, wo sie sollen.

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Übrigens: Auch in der Podcast-Reihe „Digitale Vorreiter” geht es in verschiedenen Folgen um praktische IoT-Anwendungen. Etwa im Interview mit Matthias Krömer, CEO von grandcentrix, oder in der Episode mit Stephan Waldeis von Gardena. Im Gespräch mit Waldeis erfährt Host Christoph Burseg, dass auch Gärten smart werden können und Gardena viel mehr als „nur” Bewässerung macht:

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RFID-Chips mit Speicherfunktion und mehr Reichweite

Etwas aufwendigere RFID-Chips übertragen auf Wunsch nicht nur ihre eigene (feste) Kennung, sondern auch Daten. Beispielsweise zu Temperatur, Druck oder Feuchtigkeit in der aktuellen Umgebung. So werden schon heute Materialfluss-Steuerungen in der Industrie realisiert, aber auch Medizintransporte überwacht. 

Diese Chips sind naturgemäß teurer und komplexer als einfache Klebeetiketten, aber im Zweifel auch mehrfach verwendbar.

IoT-Platinen mit USB- oder WLAN-Modul

Noch spannender werden IoT-Anwendungen, wenn vor Ort am Gerät mehr Daten als nur einfache Sensorinformationen gespeichert werden – und diese Daten über weite Strecken hinweg übertragen werden können.

Natürlich kann auch ein RFID-Chip grundsätzlich an das Internet angebunden werden – häufig kommen hier aber komplexere IoT-Platinen zum Einsatz oder gar Kleincomputer wie der Raspberry Pi (mehr dazu weiter unten). Diese können dennoch über einen eingebauten RFID-Chip verfügen, besitzen aber mehr Speicher und eine eingebaute „Systemlogik”.

 

Eine Steuerplatine mit elektronischen Bauteilen im Hintergrund

Selbst einfache IC-Steuerungen lassen sich mit IoT-Technologie und Mobilfunk kombinieren.

IoT-Platinen mit Mobilfunkanbindung

Eine IoT-Platine mit stationärer Internet-Anbindung (auch eine WLAN-Anbindung ist örtlich begrenzt) kann in vielen Fällen das Mittel der Wahl sein.  Die Brücke zu noch intelligenteren Logistikprozessen und beispielsweise autonomer Mobilität wird jedoch erst durch das Mobilfunknetz geschlagen. Durch eine mobile Anbindung werden die vernetzten Produkte frei beweglich und können an jedem denkbaren Ort Daten übertragen. Mit Narrowband-Technologie auf LPWA-Basis funktioniert das sogar an besonders entlegenen Stellen.

Das NB-IoT Development Kit

Sie planen eine IoT-Anwendung in einem herausfordernden Umfeld? Das kann beispielsweise eine Installation in Kellerräumen bei Ihren Kunden oder eine Sensorinstallation auf dem „platten Land” sein. 

Um herauszufinden, ob die Netzanbindung für Ihre Zwecke ausreicht und um Ihr IoT-Vorhaben Schritt für Schritt umzusetzen, gibt es das NB-IoT Development Kit. Es wurde speziell entwickelt, um an entlegenen Standorten komplexe IoT-Vorhaben zu gestalten und ein Netzwerk an Sensoren aufzubauen.

Das NB-IoT Development Kit von Vodafone

Mit dem NB-IoT Development Kit von Vodafone binden Sie mit wenigen Handgriffen vorhandene Sensoren ein und testen so eine geplante Standortvernetzung vorab.

Wofür werden IoT-Geräte eingesetzt?

Für das Internet der Dinge gibt es unzählige Einsatzzwecke. Es liegt auf der Hand, dass fest und dauerhaft verbaute IoT-Chips nicht nur etwas mehr kosten dürfen, sondern in vielen Fällen auch deutlich robuster ausfallen müssen als ”Wegwerf-Chips”, wie etwa aus der unsichtbaren Diebstahlsicherung.

Je nach Einsatzzweck werden also unterschiedliche IoT-Sensoren und -Geräte verbaut, teils auch in Kombination und je nach Anwendungszweck mit ausgefeilter Logik und Sensorik. Hier einige Beispiele für solche Anwendungen:

  • Türschlüssel mit eingebautem RFID-Chip und die passenden Lesegeräte
  • Paket- und somit Warenverfolgung über das Internet
  • IC-Chips in Verbrauchsmaterialien wie Druckerpatronen (Füllstandskontrolle)
  • Automatische Bestell-Buttons an Geräten und intelligente Kühlschränke
  • Anwendungen zur Umweltbeobachtung (beispielsweise der Luftqualität)
  • Smart City-Anwendungen jeglicher Art (beispielsweise Stromtankstellen)
  • Überwachung komplexer mechanischer Geräte und deren Optimierung
  • Medizintechnik (beispielsweise Wearables oder mobile Blutdruckmessgeräte)
  • Zutrittskontrollsysteme jeglicher Art
  • HLK-Systeme (Heizung-Lüftung-Klima) im privaten und industriellen Bereich
  • Netzwerk-Kameras (IP-Kameras) zur Objektüberwachung
  • SPS/PLC-Systeme in der Industrie (Speicherprogrammierbare Steuerungen)
  • Out-of-Band-Controller, beispielsweise zur Überwachung von Servern
  • Smart Factory-Bestandteile, auch aber nicht nur im Bereich der Fertigung

 

Wie risikoreich oder sicher sind IoT-Geräte?

IoT-Geräte sind grundsätzlich wie jedes andere Gerät (beispielsweise ein Computer) im Internet potenziellen Angriffen ausgesetzt. Dazu zählen zum einen Datendiebstähle, aber auch die bewusste Manipulation von Sensoren und Aktoren. Die möglichen Hintergründe sind dabei vielfältig: Mal geht es um das bloße Ausspionieren von Warenströmen, mal um Industriespionage und in wieder anderen Fällen sollen Unternehmen systematisch in ihrem Tagesgeschäft beeinträchtigt werden.

So wenige Daten wie nötig übertragen – und zwar möglichst verschlüsselt

Eines vorweg: IoT-Geräte sind genauso sicher oder unsicher wie im Grunde jedes andere Gerät im Internet auch. Trotzdem gilt: Übertragen Sie im täglichen IoT-Betrieb so wenig Daten wie möglich und tun Sie dies so selten wie nötig. Je weniger Daten Sie insgesamt durch das Internet schicken, desto weniger anfällig ist auch Ihr Gerät gegen Abhörattacken und umso weniger fällt es als potenzielles Angriffsziel auf. Grundsätzlich sollten Sie bei allen IoT-Überlegungen, insbesondere bei Drahtlosverbindungen, sensible Daten verschlüsselt übertragen. Die Verschlüsselungsstärke, also die Länge des Schlüssels für Sender und Empfänger, sollte mindestens 128 Bit betragen. Das macht es für Dritte nahezu aussichtslos, Ihre Daten abzuhören.

Sperren Sie bei komplexeren Anwendungen nicht benötigte Ports

Weiterhin sollten Sie, speziell bei komplexeren IoT-Geräten wie dem Raspberry Pi oder anderen mit eigenem Betriebssystem, sämtliche nicht benötigten Ports sperren. Es gab schon Fälle, in denen bestimmte Ports (also Schnittstellen für die Kommunikation mit der Außenwelt) für eingehende Anfragen geöffnet waren, obwohl dies nicht nötig war. Auch hier gilt also dasselbe Prinzip wie bei normalen Computern: Erlauben Sie nur diejenigen Dienste und öffnen Sie nur diejenigen Ports, die wirklich gebraucht werden.

Sichern Sie sensible Gerätschaften gesondert ab

Häufig werden IoT-Geräte eingesetzt, um beispielsweise Zutrittskontrollsysteme zu steuern. So manches elektronische Türschloss, das nicht richtig konfiguriert wurde, kann so zum Einfallstor für Hacker werden – und den dahinter liegenden Bereich ungewollt freigeben. Bei HLK-Geräten (Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik) mag dies nicht ganz so schlimm sein, aber eine ausgefallene Kühlanlage kann im Sommer empfindliche Ware schnell verderben lassen – mit den entsprechenden Folgen.

Ebenfalls sensibel sind sämtliche IP-Kameras (Webcams), deren Bild abgegriffen und manipuliert werden könnte, beispielsweise, um Anlagen auszuspionieren oder Diebstähle zu verüben. Auch hier gilt: Schützen Sie sämtliche Daten durch wirksame Mechanismen wie Verschlüsselung, Authentifizierungsverfahren und Abschaltung und Alarm bei möglichen Manipulationen.

Etwas weniger bekannt, aber umso kritischer für die Industrie sind sogenannte SPS- und PLC-Systeme (speicherprogrammierbare Steuerungen), wie sie in Großanlagen eingesetzt werden. Hier sollte unbedingt ein geeigneter Schutz gegen sogenannte DDoS-Attacken („Distributed Denial of Service”, gezielte Überlastung des Systems durch zu viele gleichzeitige Anfragen) stattfinden.

Alles in allem steigt der empfohlene Aufwand für die Absicherung eines IoT-Geräts also mit dem Grad seiner Sensibilität.

 

Mobile Anbindung auf  Hardwareebene: SIM-Karten und SIM-Chips für Ihre IoT-Anwendungen

Auch im IoT-Bereich kommen zum Zweck der mobilen Datenübertragung SIM-Karten oder verwandte Bauteile zum Einsatz, sofern nicht auf WLAN oder eine Anbindung via Ethernet zurückgegriffen wird. Auch hier richtet sich die Art nach dem geplanten Anwendungsfall:

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

Hier rüsten Sie Ihre vorhandene Hardware oder ein bestehendes Smartphone einfach mit einer SIM-Karte aus. Je nach gewähltem oder vorhandenem Karten-Slot haben Sie die Wahl zwischen Mini -IM (2FF)-, Micro -IM (3FF)- oder Nano-SIM (4FF)-Karten.

Der Industrial SIM Chip (DFN-8)

Sie planen eine Anwendung mit besonderen Umwelt- und Einsatzbedingungen? 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 Umgebungstemperatur bis zu zehn Jahre lang zuverlässig.

Mehr zum Vodafone Business IoT Easy Connect-Tarif erfahren Sie auf unserer entsprechenden Produktseite.

 

Welches Netz für welche IoT-Anwendung? Die Unterschiede zwischen 2G, 4G und NB-IoT

Bei der Anbindung Ihrer IoT-Anwendung(en) an das (private oder öffentliche) Internet haben Sie verschiedene Möglichkeiten. Nutzen Sie – je nach Umgebung und Anwendungsfall – entweder das 2G-/Narrowband-IoT-Netz oder das 2G- und 4G-Funknetz.

IoT EasyConnect NB: Im 2G/NB-IoT-Netz funken

Diese Verbindungsart nutzt neben dem vorhandenen, hochverfügbaren 2G-Netz die Narrowband-IoT-Technologie basierend auf dem LPWA-Standard. Sie funkt auch in schwer zugänglichen Bereichen wie Kellern zuverlässig. 

Ideal für: Smart City-, Smart Metering-, Smart Farming- oder Tracking-Anwendungen

IoT EasyConnect 4G: Das 2G/4G-Netz nutzen

Wo größere Datenmengen übertragen werden müssen und sich die Position des zu überwachenden Assets ändern kann, eignet sich unsere Lösung basierend auf dem 2G- und 4G-Netz optimal. Gerade das 4G-Netz ermöglicht eine hohe Bandbreite bei der Datenübertragung, während NB-IoT vor allem bei geringen Datenmengen über weite Strecken hinweg seine Stärken ausspielt.

Ideal für: Mobiles Tracking, Transport und Logistik, sowie das Flottenmanagement

 

Diese Betriebssysteme für IoT-Geräte gibt es

Last but not least stellt sich die Frage nach einem geeigneten Betriebssystem für Ihre Anwendung(en). Sofern dieses nicht wie bei speicherprogrammierbaren Bausteinen bereits hardwareseitig vorgegeben ist und Sie beispielsweise Anwendungen basierend auf dem Raspberry Pi planen, haben Sie die Wahl:

Windows 10 IoT

Mit Windows 10 IoT hat Microsoft eine interessante, besonders schlanke und dabei leistungsstarke Version seines beliebten Betriebssystems entwickelt. Sie lässt sich problemlos auf einem Raspberry Pi, aber auch auf anderen Systemen wie beispielsweise POS-Lösungen installieren.

Android Things

Mit Android Things hat Google eine spannende Plattform für IoT-Anwendungen entwickelt. Allerdings wurde inzwischen verkündet, dass Android Things künftig vor allem OEM-Partnern vorbehalten sein wird. Das Android Things SDK wird es allerdings wohl weiterhin als offene Plattform geben. 

Sofern Sie Google-OEM-Partner sind oder werden wollen oder vor allem mit IoT experimentieren möchten, lohnt dennoch ein Blick auf Android Things. Zu den unterstützten Geräten zählen derzeit der NXP Pico i.MX7D und den Raspberry Pi 3 Model B.

 

So machen Sie aus einem gewöhnlichen Gerät ein IoT-Gerät

Ein Unternehmen und dessen Anwendungen in die IoT-Welt zu bringen, ist im Grunde nicht schwer. Alles, was Sie brauchen, sind passende Sensoren (gegebenenfalls Aktoren), entsprechend konfigurierte Hardware (Boards), eine kluge Idee und eine Anbindung an das leistungsstarke Vodafone-Netz – beispielsweise mit dem neuen, sorgenfreien IoT Easy Connect-Prepaid-Tarif. Hinzu kommt eine geeignete Absicherung durch Verschlüsselungs- und andere Mechanismen wie oben beschrieben.

Im aktuellen IoT Spotlight Report erfahren Sie noch mehr darüber, wie Sie Ihre Digitalstrategie mit dem Internet of Things optimieren, IoT-Projekte beschleunigen und die Risiken bei der Implementierung minimieren. Mit dieser Einführung erhalten Sie alle nötigen Informationen, um selbst in die IoT-Welt einzusteigen. Den ersten Schritt in die erfolgreiche Zukunft setzen Sie mit einem Download.

Diving Deeper ist das Videoformat von Vodafone Business und OMR. Wir verbinden MyMüsli Co-Founder Max Wittrock mit spannenden digitalen Startups und sprechen über ihre Geschichte, Business-Modelle und Erfolgsgeheimnisse. Inspirierende, wertvolle Einblicke und ein Blick hinter die Kulissen von Foodboom, Ecosia, Appinio, Independesk und tonies und ihren Gründer:innen.

In der fünften Folge der Reihe trifft Max Wittrock auf die tonies®, beziehungsweise die Gründer des überaus erfolgreichen Start-ups dahinter aus Düsseldorf. Ihr Ziel: Weltweit Kinderherzen mit Hörspielen als clevere Audiosysteme im Spielzeugformat höher schlagen zu lassen. Und nicht nur jetzt, sondern auch noch in vielen Jahren am Markt erfolgreich zu sein:




Video: YouTube / Vodafone Deutschland

 

Welche Implementierung für das Internet of Things ist für Sie die richtige? Welche Geräte haben Sie bereits erfolgreich vernetzt? Wir freuen uns auf Ihren Kommentar.

 

 


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