20 Jahre IoT – Das Internet der Dinge feiert Geburtstag

• Wie M2M zu IoT heranwuchs, um Städte, Industrien und Alltag zu vernetzen
• Sensoren, die zuhören und Maschinen, die sprechen
• Mobilfunk als Kommunikationskanal für Sprache mit Vokabular, Grammatik & Regeln
• E-Bikes, die Diebe überführen und Reifen, die Unfällen vorbeugen

Das Internet der Dinge feiert Geburtstag. Im Jahr 1999 verwendete der britische Technologie-Pionier Kevin Ashton den Begriff zum ersten Mal. 2019 wird das Internet der Dinge 20 Jahre alt – und erfreut sich größerer Beliebtheit als jemals zuvor. Für Vodafone Grund genug zu gratulieren und sich einige Technologien im Internet der Dinge genauer anzuschauen.Wir nutzen die Chance, um das Internet der Dinge im Detail zu erklären. Von 'A' wie Automotive bis 'Z' wie Zustandsdaten.

Wenn es um Digitalisierung in Städten, Haushalten und Industriehallen geht, führt an den drei Buchstaben 'IoT' kaum ein Weg vorbei. Doch was genau verbirgt sich eigentlich dahinter? Was kann das Internet der Dinge? Wer kommuniziert mit wem? Welche Sprache sprechen Maschinen, Autos und Co.? Und: Was haben wir Menschen eigentlich davon?

Was das Internet der Dinge ist: Viele Begriffe, eine Bedeutung

'Internet of Things', 'IoT' oder 'M2M'. Es gibt zahlreiche Begriffe, die das Internet der Dinge beschreiben. Sie alle meinen im Grunde dasselbe: Gegenstände, die über das Internet miteinander und mit uns Menschen kommunizieren. Vereinfacht gesagt sprechen Gegenstände miteinander. Das meint weniger, dass wir Menschen uns mit der Schreibtischlampe über das seit Tagen schlechte Wetter oder über das grandiose Fußballspiel vom Vorabend unterhalten. Vielmehr, dass beispielsweise der Mülleimer meldet, wenn er geleert werden muss. Oder aber, dass der LKW-Reifen einen Alarm aussendet, wenn Luftdruck oder Temperatur nicht in Ordnung sind. Kevin Ashton, der den Begriff 'Internet of Things' vor 20 Jahren erstmals prägte, definiert diesen im Übrigen als 'Sensoren mit Internetverbindung, die sich wie das Internet verhalten, indem sie offene, spontane Verbindungen herstellen, Daten ungehindert austauschen und unvorhergesehene Anwendungen unterstützen. Computer können so die Welt um sie herum verstehen und zum Nervensystem der Menschheit werden.'

Was uns das Internet der Dinge bringt: Erhöhte Sicherheit und mehr Zeit

Schnell stellt sich die Frage warum Gegenstände überhaupt sprechen sollen? Was haben wir Menschen davon? Schließlich haben Gegenstände jahrelang nicht kommuniziert – und die allermeisten von uns  haben das wahrscheinlich auch nicht wirklich vermisst. Oftmals erschließen sich die Vorteile vom Internet der Dinge erst, wenn man selbst im Alltag davon profitiert. In den meisten Fällen geht es um hierbei um drei wesentliche Punkte:

Wer mit wem kommuniziert: Sender, Empfänger und Erkenner

Das Grundprinzip im Internet der Dinge ist oft identisch. Gegenstände stellen im Internet Informationen über den eigenen Zustand oder zu ihrer direkten Umgebung zur Verfügung. Diese Informationen werden ausgewertet und analysiert. Und schließlich erfolgt eine Reaktion. Manuell ausgelöst vom Menschen oder aber automatisch erzeugt durch Algorithmen der künstlichen Intelligenz. In diesem Kommunikationsprozess gibt es drei Rollen: Sender, Empfänger und Erkenner.

Die Erkenner: Sensoren, die Zustände erfassen

Die Erkenner sind oft klassische Sensoren, die Zustände erfassen. Also kleine Detektoren oder Fühler, die etwas messen. Das kann etwa ein Thermometer sein, das erkennt wie warm oder kalt es in einem Kühlraum ist. Das kann ein Füllstandsensor sein, der merkt ob ein Mülleimer voll oder leer ist. Oder aber ein Bewegungssensor, der Handlungsmuster von Maschinen erfasst. Die Erkenner können so auch zu Technikern werden, die für eine Routineuntersuchung in eine Maschine hineinhorchen und erkennen ob alles funktioniert. Ähnlich wie der Hausarzt, der bei uns Menschen regelmäßig Herz und Lunge abhört und Blutproben nimmt, um zu wissen ob wir gesund sind.

Die Sender: SIM-Karten die Informationen übertragen

Die Rolle des Senders nimmt ein Kommunikationsmodul ein. In vielen Fällen ist das direkt im Sensor integriert und mit einer SIM-Karte ausgestattet. Die SIM-Karte stellt nicht nur die Verbindung des Sensors zum weltweiten Datennetz per Mobilfunk her, sondern sie macht auch sämtliche Gegenstande im Internet identifizierbar. Eine Art Postleitzahl für die Gegenstände, die im Internet kommunizieren.

Die Empfänger: Menschen oder Systeme, die Informationen aufnehmen und verarbeiten

Der Empfänger kann ein Computer oder ein Smartphone sein, über den wir Menschen die Sensordaten einsehen können. In vielen Fällen treffen wir Menschen auf Basis der Informationen manuell Entscheidungen und geben der Maschine Anweisungen, um auf einen Zustand zu reagieren. Die Anweisung geht dann auf dem selben Informationsweg zurück zum Sender, der daraufhin beim Gegenstand eine Aktion auslöst. Ein Beispiel: Ein Thermometer an einer Heizung meldet dem Hausbesitzer, der gerade auf dem Heimweg ist, die Zimmertemperatur in den eigenen vier Wänden. Der Hausbesitzer kann die Temperatur auf seinem Smartphone einsehen und die Heizung per Knopfdruck auffordern, die Temperatur um 2 Grad zu erhöhen.

Oftmals muss der Mensch aber auch gar nicht aktiv in den Kommunikationsprozess eingreifen. Die erfassten Zustandsdaten einer Maschine wandern dann vom Sender direkt in ein virtuelles Analyse-System. Basierend auf künstlicher Intelligenz werden die eingehenden Daten hier mit (vordefinierten) Basisdaten abgeglichen. Das System bemerkt automatisch wenn die eingehenden Werte abweichen und definiert daraufhin eine Handlungsempfehlung. Diese wird automatisch an die Maschine weitergeleitet. Ein Beispiel: Ein Lichtsensor an einer Straßenlaterne erfasst regelmäßig die Helligkeit und übermittelt diese Information per SIM-Karte automatisch an ein Analyse-System der Stadt. Erreicht das erfasste Licht abends eine vordefinierte Dunkelheit (Lux), weist das System die Straßenlaterne an das Licht mit einer bestimmten Helligkeit zu aktivieren.

Wer welche Sprache spricht: Mobilfunk, WLAN und das neue Maschinennetz

Damit Gegenstände nicht zur kommunizieren können, sondern sich auch verstehen, müssen sie dieselbe Sprache sprechen. Eine Sprache mit festem Vokabular, vorhandener Grammatik und festgeschriebenen Regeln. Ähnlich wie bei uns Menschen. In der Praxis geben verschiedene Kommunikationskanäle den Rahmen für diese Sprache vor. Der wohl am meisten genutzte Kommunikationskanal im Internet der Dinge: Mobilfunk. Genau wie wir mit unserem Smartphone, tauschen Gegenstände per Mobilfunk (2G, 3G oder LTE) Informationen aus. Die neuste Technologie speziell für das Internet der Dinge ist das Maschinennetz (Narrowband IoT). Es ist optimiert für die kostengünstige und energiesparende Vernetzung von Gegenständen. Und es lässt Gegenstände sogar unter der Erde oder hinter dicken Betonwänden sprechen. Neben Mobilfunk werden auch WLAN oder Funkstandards wie Sigfox und LoRa für das Internet der Dinge genutzt. Weil diese Funkstandards jedoch nicht lizenzierte Frequenzbereiche nutzen, sind sie nicht speziell gesichert vor dem Zugriff von außen.

Wie weit die Stimme reicht: Im neuen Maschinennetz sprechen Gegenstände quer durchs ganze Land

Die Funkstandards unterscheiden sich auch durch die Reichweite, in der sie Gegenstände miteinander vernetzen. Im klassischen WLAN können Gegenstände meist nur in einer Reichweite von weniger als 100 Metern kommunizieren. Der Bereich in dem Gegenstände Daten austauschen ist also sehr stark eingeschränkt, was die Nutzung im industriellen oder im städtischen Bereich erschwert. Das Maschinennetz (Narrowband IoT), das Vodafone als erster Netzbetreiber in Deutschland großflächig aktiviert hat, verfügt über extrem hohe Reichweiten und setzt dabei auf das bestehende LTE-Netz auf. Das erhöht nicht nur die Leistungsfähigkeit, sondern auch die Sicherheit im Internet der Dinge. Weil Sensoren im Maschinennetz Daten besonders stromsparend senden und empfangen, verfügen sie über Akkulaufzeiten von bis zu zehn Jahren. Damit sind sie unabhängig von der externen Stromversorgung.

Wer wie viel spricht: Autos, Container und Industriemaschinen sind die größten Kommunikatoren

Die Zahl der Gegenstände, die im Internet der Dinge kommunizieren, steigt weltweit an. Der aktuelle Mobility Report von Ericsson zeigt, dass bis zum Jahr 2024 rund 4,1 Milliarden Dinge allein per Mobilfunk vernetzt sein werden. Jährlich erhöht sich die Anzahl weltweit vernetzter Gegenstände seit 2013 durchschnittlich um 33 Prozent. Vodafone etwa vernetzt als Weltmarktführer bereits mehr als 78 Mio. Dinge per Mobilfunk. Jeden Monat kommen etwa zwei Millionen weitere hinzu. Die größten Treiber für den IoT-Boom sind Autos, industrielle Maschinen und Waren in der Logistik, die wir Menschen im Netz immer im Blick behalten.

Autos sind immer häufiger mit einem digitalen Diebstahlschutz oder mit Telematiksystemen ausgestattet – mehr als 18. Mio. Fahrzeuge funken auf diese Weise bereits im Mobilfunknetz von Vodafone. Industrielle Maschinen werden aus der Ferne gewartet oder gesteuert, um Defekte zu erkennen noch bevor sie auftreten. Und um Aufgaben an Orten zu übernehmen, die für den Menschen zu gefährlich sind. In der Logistik werden Container, Pakete oder Paletten mit Sensoren ausgestattet, um Diebstahl oder Verluste zu vermeiden.

Wo das Internet der Dinge schon heute funkt: In Städten, in der Landwirtschaft und auf den Straßen

Neben Autos und industriellen Maschinen gibt es viele weitere Gegenstände, die per Mobilfunk miteinander sprechen. Vor allem in Städten gewinnt die Vernetzung von Gegenständen zunehmend an Bedeutung. So profitieren auch immer mehr Privatmenschen vom Internet der Dinge. Aber auch in der Landwirtschaft helfen digitale Lösungen immer öfter. Sensoren auf dem Feld erkennen den perfekten Ernte-Zeitraum und informieren den Landwirt. Es gibt sogar das ,Handy für die Kuh'. Es heißt 'MooCall' und funkt im Netz von Vodafone. Damit telefoniert das Tier zwar nicht wirklich. Aber der intelligente Sensor bemerkt, wenn eine schwangere Kuh kalbt und alarmiert automatisch den Besitzer des Tieres, damit dieser bei der Geburt unterstützen kann.

Welche Dinge wo sprechen: LKW-Reifen, E-Bikes und Müllbehälter

In Smart Cities wird die Parkplatzsuche mit intelligenten Sensoren vereinfacht. Die Sensoren, die Vodafone gemeinsam mit dem Start-up Smart City Systems entwickelt hat, melden regelmäßig, ob Parkplätze frei oder belegt sind. Innenstädte oder Hauptbahnhöfe werden mit vernetzten Müllbehältern noch sauberer. Die funkenden Tonnen geben immer dann ein Signal, wenn sie geleert werden müssen. Städtische Dienstleister können Entsorgungsprozesse auf Basis dieser Informationen optimieren. Ein digitaler Diebstahlschutz schützt E-Bikes, Motorräder oder Autos vor Langfingern. Das System schlägt Alarm, wenn unbefugte Personen sich am Fahrzeug zu schaffen machen. Ein intelligenter Graffiti-Schutz, den Technik-Experten von Vodafone entwickelt haben, gibt Alarm, wenn Sprayer an unerlaubten Orten mit illegalen Kunstwerken beginnen. Vernetzte LKW-Reifen von Continental und Vodafone bemerken, wenn Temperatur oder Reifendruck nicht in Ordnung sind, warnen Fahrer und Unternehmen und beugen so folgenschweren Unfällen vor.

Wo das Internet der Dinge Helfern hilft zu helfen

Und schließlich sollen immer mehr Anwendungen im Internet der Dinge Helfern helfen zu helfen. In Situationen, in denen Sekunden über Leben und Tod entscheiden. Gemeinsam mit der Feuerwehr in Darmstadt testet Vodafone vernetzte Bodycams. Sie sollen den Einsatzkräften helfen, die Lage vor Ort bei unübersichtlichen Unfällen besser einzuschätzen. Ford und Vodafone testen zudem einen digitalen Rettungsgassen-Assistenten. Dabei meldet ein Rettungsfahrzeug auf dem Weg zu einer Unfallstelle den vorausfahrenden Autos automatisch, dass sich ein Einsatzfahrzeug nähert. Die Verkehrsteilnehmer werden so angeleitet, die Rettungsgasse richtig zu bilden. Rettungskräfte gelangen so schneller zur Unfallstelle, um im Ernstfall Leben zu retten.