M2M: Was ist Machine-to-Machine-Kommunikation?

Technologie

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Datum 20.10.2021
Lesezeit 7 Min.

M2M: Was ist Machine-to-Machine-Kommunikation?

Lange vorbei sind die Zeiten, als in Unternehmen die Weitergabe von Produktionsdaten noch ganz klassisch per Telefon, Laufzettel oder gar Lochkarte funktionierte. Die Industrie 4.0 bringt neue Lösungen für neue Herausforderungen. Und sie findet diese zunehmend in der Machine-to-Machine-Kommunikation.

Allein schon an am Datenaufkommen lässt es sich ablesen: Unsere Gesellschaft ist längst vom Industrie- im Informationszeitalter angekommen. Die jährlich gespeicherten Datenmengen bewegen sich mittlerweile im Bereich von Zettabyte – einer Zahl mit 21 Nullen. Und ein Ende ist nicht in Sicht: Um rund 23 Prozent wächst die jährlich global erzeugte und gespeicherte Menge an Bits und Bytes, schätzt etwa das US-Marktforschungsunternehmen IDC.

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Das größte Wachstum legt hierbei das Internet of Things (IoT) hin, so die Forscher von IDC. Die dort generierten Datenvolumen sind längst so groß, dass sie Menschen weder sichten, noch auswerten können. Das hat Folgen für unseren Umgang mit Daten. Und es schafft zugleich neue Geschäftsfelder und Chancen. Etwa für Maschinen, die direkt und ohne Umweg über den Menschen miteinander Daten austauschen.

 

Video: YouToube / Vodafone Business

 

Was ist Machine-to-Machine-Kommunikation?

Machine-to-Machine-Kommunikation beschreibt den direkten Informationsaustausch zwischen technischen Endgeräten. Solche Endgeräte können beispielsweise autonome oder teilautonome Fahrzeuge sein, computergesteuerte Lagersysteme, aber auch 3D-Drucker, Spritzgießmaschinen und CNC-Fräsen in einer Produktionsumgebung.

Diese Form der Kommunikation kann Arbeitsaufläufe automatisieren. Beispiel: eine computerisierte Fertigungsstraße fordert selbständig Nachschub aus einem Vorratslager an, den dann autonome Förderfahrzeuge anliefern.

Auch die objektorientierte Fertigung wird damit möglich: Jede hergestellte Schraube erscheint als virtuelles Objekt im Produktionsablauf. Sie ordert selbständig ihre Ausgangsmaterialien, ihren Weitertransport von Station zu Station und am Ende ihre Umverpackung und den Versand zum Kunden.

In der Regel erfolgt der Informationsaustausch zwischen Maschinen über bestehende Datennetze, etwa vorhandene Ethernet-Anschlüsse innerhalb einer Fabrikhalle. Er kann aber auch kabellos per WLAN, NFC und Bluetooth geschehen oder bei weiter entfernten Standorten über das Internet. Beim Datentransport per Internet werden die Informationen in der Regel per VPN getunnelt und verschlüsselt, um sie unterwegs gegen Manipulation durch Dritte zu schützen.

Vorteil der Machine-to-Machine-Kommunikation sind der damit erreichbare Automatisierungsgrad und die mögliche Verarbeitung von Informationen in Echtzeit.

Video: YouTube / impulse medien

 

Machine-to-Machine-Kommunikation im Alltag

Auch wenn der Begriff Machine-to-Machine-Kommunikation meist im Zusammenhang mit IoT und Industrie 4.0 fällt, so hat er doch längst auch in vielen anderen Bereichen Einzug in den Alltag gehalten. Denn immer häufiger wird M2M auch außerhalb der Arbeitswelt genutzt.

 

Einsatz von M2M im Straßenverkehr

Bereits 2017 testete Vodafone gemeinsam mit Bosch und Huawei auf einem Abschnitt der Autobahn A9, wie sich Fahrzeug-Kollisionen zukünftig durch M2M vermeiden lassen. Die Idee dahinter: Autos auf benachbarten Fahrspuren kommunizieren per Mobilfunk und warnen sich gegenseitig, wenn etwa durch einen Spurwechsel im toten Winkel eine Kollision droht oder ein weit vorne auf der Fahrstrecke befindliches Fahrzeug einen Stau erkennt und hierfür abbremst.

Das dient nicht nur der Unfallvermeidung: Per M2M verbundene Autos könnten zukünftig für einen gleichmäßigeren Verkehrsfluss sorgen. Es gäbe beispielsweise weniger plötzliche Bremsmanöver, weil vorherfahrende Fahrzeuge nicht mehr unerwartet abbremsen. Die sogenannten „Staus aus dem Nichts” würden dadurch reduziert oder entfielen ganz. Auch an Engstellen könnte das abgestimmte Einfädeln aus mehreren Spuren gleichmäßiger und damit schneller ablaufen.

Eine weitere Idee: Verkehrsleitsysteme verfolgen die Kommunikation auf der Fahrbahn und passen Tempolimits entsprechend an. Sendet ein Fahrzeug irgendwo auf einer Autobahnspur nach einem Unfall einen automatisierten Notruf über das seit 2018 in allen neuen Fahrzeugmodellen verbaute System eCall, so können alle dahinter liegenden elektronischen Schilderbrücken automatisch ein Unfall-Warnsymbol einblenden. Der Computer in der Verkehrsleitstelle wiederum kann über Traffic Message Channel (TMC) an die Navigationssysteme aller in der Nähe befindlichen Fahrzeuge einen entsprechenden Hinweis senden. Gleichzeitig lesen diese auch die Unfall-Hinweise in den Schilderbrücken per Kamera aus und sind so dank M2M doppelt gewarnt.

 

M2M-Anwendungen in der Hausautomatisierung

Besonders bei Neubauten sind sie immer öfter anzutreffen: Hauseigene Datenbusse nach dem KNX-Standard. Über eine zentrale Steuerung verknüpfen sie Sensoren und Aktoren im gesamten Eigenheim. Meldet etwa der Windsensor oder eine mit einem Wetterdienst im Internet verknüpfte Hauszentrale schlechtes Wetter, fährt die M2M-Technik selbständig Raffstores und Rollläden in eine sturmsichere Position.

Umgekehrt schaltet sie Waschmaschine und Trockner erst bei Sonnenschein ein, damit sie günstig über die Dach-Photovoltaikanlage gewonnenen Strom möglichst optimal nutzen. Immer mehr intelligentes Zubehör für die Hausautomatisierung kommt serienmäßig mit M2M-Funktionalität und kommuniziert per WLAN, Datenfunk mit 868 Mhz, Zigbee oder DECT Ule mit anderen Endgeräten oder direkt mit der Hauszentrale.

Auch die Wohnungswirtschaft schätzt längst die Vorteile von M2M. Sogenannte Smart Buildings erlauben das Verknüpfen von Gebäudetechnik und zentraler Erfassung: Meldet beispielsweise nachts ein Sensor im Aufzug eine Störung, kann die automatische Haussteuerung selbsttätig einen Techniker des Wartungsdienstes anfordern und das genaue Fehlerbild übermitteln. So muss nicht erst ein Bewohner des Hauses den Ausfall am nächsten Morgen feststellen und den Hausmeister-Service anrufen.

Ebenfalls praktisch für Mieter:innen: Dank untereinander verknüpfter Messfühler können Verbrauchswerte für Strom, Gas, Wasser und Heizenergie über M2M per Funk erfasst und zu einem festen Datum weitergemeldet werden. Mieter:innen müssen keinen Tag Urlaub mehr nehmen, um den Strom- oder Gasableser in die eigene Wohnung zu lassen.

Mit Blick auf die vielen Vorteile von M2M schätzt das Zukunftsinstitut Deutschland, dass bis zum Jahr 2040 fast alle Gebäude in Deutschland automatisiert sind und M2M-Kommunikation somit alltäglich sein werde.

 

M2M im Gesundheitswesen

Unter der Überschrift M2M Healthcare Market arbeitet die Forschung an Lösungen, die auch das Gesundheitssystem auf die wachsenden Anforderungen von Morgen vorbereiten. Eine älter werdende Gesellschaft, der zahlenmäßige Rückgang von Hausarzt-Praxen im ländlichen Raum und die Herausbildung hochspezialisierter Gesundheitszentren an bundesweit wenigen Standorten stellen die Medizin vor große Herausforderungen. Weite Reisen und lange Wartezeiten auf Termine sollen zukünftig gerade für Ältere und immobile Menschen möglichst vermieden werden.

Eine mögliche Antwort hierauf ist Smart Health: Patient:innen werden im zum Wohnort nächstgelegenen Krankenhaus am Computertomographen geröntgt oder es werden ihnen dort Gewebeproben entnommen und diese in ein Fachlabor gegeben. Alle an der Diagnostik beteiligten Geräte legen ihre Informationen direkt in einer Cloud ab, in deren Rohdaten eine künstliche Intelligenz wiederum nach Auffälligkeiten sucht. Schon heute können Algorithmen bestimmte Krebsarten in Proben besser erkennen als Fachärzt:innen.

In medizinischen Datenbanken suchen die Systeme außerdem selbständig nach vergleichbaren Krankheitsbildern aus der Fachliteratur. So liegen den behandelnden Ärzt:innen gleich in Echtzeit alle notwendigen Informationen vor. Diese können sie zeitnah per Telekonferenz mit Patient:in besprechen und sich gemeinsam für die beste Therapieformen entscheiden.


Ein weiteres Einsatzgebiet: Hausnotruf-Systeme erlauben es Senior:innen mit Vorerkrankung, weiterhin in den eigenen vier Wänden zu wohnen. Über die Handgeräte können sie bei medizinischen Notfällen schnell medizinische Hilfe herbeirufen. Dabei kombiniert der Arbeiter Samariter Bund in Mittelhessen seine Hausnotruf-Erfassung mit einem GPS-Ortungssystem. Es erkennt automatisch jene Einsatzfahrzeuge, die nach Fahrtzeit am nächsten zum Aufenthaltsort der hilfebedürftigen Person sind. Noch ist hier händisches Eingreifen von Mitarbeiter:innen der Leitstelle notwendig, aber in Zukunft und auf Basis immer verlässlicher werdender Sensorik können automatisierte M2M-Systeme wertvolle Zeit sparen, indem sie Notfälle vom Handgerät ohne Verzögerung direkt an das jeweils optimale Einsatzfahrzeug weitermelden.

 

Was sind M2M-Tarife im Mobilfunk?

Im Unterschied zu Menschen verwenden Maschinen für ihre Kommunikation im Mobilfunk eigene Daten-Standards, die ohne Sprachübertragung auskommen. Entsprechend gibt es hierfür passende Datentarife, die keine Sprache, sondern reine Daten- und SMS-Kommunikation beinhalten. Diese werden mit dem GSM-Modul (M2M GSM Module) des Endgerätes verknüpft und freigeschaltet.

Die Vodafone-Tarife für IoT sind speziell für solche Nutzer, die M2M Kommunikation per Mobilfunk betreiben. Hierfür wurde der LTE-M-Standard entwickelt. Er bietet im Unterschied zum klassischen LTE-Mobilfunk höheren Datendurchsatz und geringere Latenzen, damit Maschinen schneller Informationen untereinander austauschen können.

 

Was bedeutet M2M in Echtzeit?

Bestimmte M2M-Anwendungen funktionieren nur als Echtzeit-Kommunikation. Ein Beispiel sind autonome Fahrzeuge auf einem Firmengelände, die andere Maschinen per Mobilfunk millimetergenau zwischen Hindernissen hindurchnavigieren. Auch hierfür gibt es spezielle Lösungen. Sogenannte 5G-Standalone-Netze (kurz: 5G SA) werden von der bisher vorhandenen LTE-Infrastruktur technisch getrennt. Das ermöglicht im Datenverkehr noch kürzere Latenzen (Laufzeitverzögerungen) von 10 Millisekunden und weniger. Informationen kommen also fast ohne Zeitversatz beim Empfängergerät an und können dort verarbeitet oder mit einer Antwort versehen zurückgemeldet werden. Das Ergebnis: Maschinen navigieren exakter oder reagieren noch schneller auf Steuerbefehle ihres Pendants.

Video: YouTube / FraunhoferIPA

Aufbauend auf diesen schnellen Netzen entwickelt etwa das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in seinem Transferzentrum 5G4KMU Lösungen für kleine und mittelständische Unternehmen, die M2M in ihre Fertigung übernehmen möchten.

Der Ausblick in die Welt der Machine-to-Machine-Kommunikation zeigt: Für Unternehmen, aber auch für Gesundheit, Verkehr und viele andere Lebensbereiche bietet M2M zahlreiche neue Möglichkeiten und hilft, Ressourcen einzusparen oder neue Möglichkeiten zu erschließen. In vielen Bereichen steht die Entwicklung dabei noch ganz am Anfang.

 

Kommunizieren auch in Ihrem Unternehmen Maschinen direkt miteinander? Welche Prozesse konnten Sie so vereinfachen? Schreiben Sie uns in den Kommentaren über Ihre Erfahrungen.

 


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