Praxisleitfaden Internet der Dinge Teil 3: IoT-Technologie

Hände in Handschuhen arbeiten an einer Computerplatine

Quelle: © iStockj.com/StockRocket

Der „Praxisleitfaden Internet der Dinge: Neue Geschäftsmodelle mit Smart Services“ zeigt, wie Unternehmen die Digitalisierung für neue Geschäftsmodelle nutzen. Im dritten Teil unserer Serie zum Ratgeber geht es um das IoT-Schichten-Modell als notwendiges technisches Fundament für Smart Services.

Noch ist das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) in der Wirtschaft mehr Hype als etablierter Trend. Obwohl bereits etliche Unternehmen IoT-Anwendungen einsetzen, zeigt sich der Mittelstand zurückhaltend. Er hat aber bereits mit der Aufholjagd begonnen. Der neue Praxisleitfaden des Beraternetzwerks „Mind Digital“ zeigt, wie Unternehmen mit Smart Services neue Wertschöpfungspotenziale erschließen und ihre Geschäftsmodelle zukunftssicherer machen können.

Die Q-loud GmbH, eine hundertprozentige Tochter der QSC AG, die sich insbesondere im Bereich IoT auf die Digitalisierung des deutschen Mittelstands spezialisiert hat, bietet den Praxisleitfaden auf ihrer Webseite zum kostenlosen Download an. Digitales-Wirtschaftswunder.de stellt die Inhalte des Ratgebers von Entscheidern für Entscheider in einer dreiteiligen Serie vor. Im dritten Teil geht es um die IoT-Technologie als Fundament für die Gestaltung von Smart Services.

Die Architektur des IoT-Stacks

Die Autoren der Studie heben hervor, dass beim IoT die Geschäftsmodelle im Vordergrund stehen sollten. Sie bauen jedoch auf einem technologischen Fundament auf – dem sogenannten IoT-Stack. Er lässt sich gut in einem 5-Schichten-Modell darstellen:

  1. Device: Die unterste Schicht ist die Geräteschicht. Simple Devices übertragen die Daten direkt an die Cloud oder ein Gateway, während Smart Devices die Daten zunächst mit integrierter Computertechnologie bearbeiten. Der Einsatz eines Smart Devices als Gateway heißt auch Edge Computing – Geräte am Rand („Edge“) zum Internet bereiten die Daten für die Cloud auf.
  2. Connectivity: Die zweite Schicht ist die Verbindungsschicht zur Kommunikation mit Internet und Cloud – über das Mobilfunknetz oder eigene WiFi-Netzwerke des Unternehmens. In Zukunft werden sicher die noch im Aufbau befindlichen LPWANs (Low Power Wide Area Networks) eingesetzt, eine Weiterentwicklung der Mobilfunktechnologie.
  3. Cloud- & IoT-Platform: Die Verarbeitungsschicht ist verantwortlich für die Sammlung, Aufbereitung, Weiterbearbeitung und Speicherung der Daten aus der Geräteschicht.
  4. Applications: Die Anwendungsschicht schließlich verwendet die aufbereiteten Daten für Auswertungen, Entscheidungen und in neuartigen Geschäftsmodellen.
  5. Security: Die Sicherheitsschicht steht „neben“ den anderen Schichten, da Security in jeder anderen Schicht berücksichtigt werden muss.
Schematische Darstellung zum Iot-Stack

Das 5-Schichten-Modell eines IoT-Stacks (Quelle: mind digital, analytics)

Security by Design – ohne Ausnahme

Hacker finden sehr rasch die Lücken in unsicheren Produkten und sorgen dann beim Hersteller für schlechte Presse und wirtschaftlichen Schaden. Ein bekanntes Beispiel sind IP-Kameras von Billiganbietern, die leicht aus dem Internet zu kapern waren. Deshalb gilt laut Mind Digital „Security by Design“: Sicherheit muss direkt bei der Gestaltung eines smarten Produktes oder Services berücksichtigt werden. Die Unternehmen müssen sich sofort die Frage stellen: Welchen Schutzbedarf haben die Daten und welchen Angriffsvektoren sind sie ausgesetzt?

Ein Beispiel für Security by Design ist das selbstentwickelte Security-Protokoll, das Q-Loud für seine IoT-Module nutzt. Dabei erhält jedes dieser Geräte direkt bei der Fertigung einen individuellen Schlüssel, der als Zertifikat im Speicherbereich des Gerätes abgelegt wird. Zudem wird er regelmäßig neu berechnet. Dadurch gibt es keinen Einheitsschlüssel, sodass nur individuelle Geräte angreifbar sind. Sollte ein Angreifer ein Modul unerkannt kompromittieren, wird er beim nächsten automatischen Schlüsselaustausch wieder aus dem System herausgeworfen.

 

IoT-Modul auf einer kleinen Platine

Das IoT-Modul von Q-loud (Quelle: Q-loud, Köln)

Retrofitting – Aus alt mach neu

Smart Devices sind per definitionem Neugeräte, die ab Werk mit den entsprechenden Möglichkeiten bei Connectivity und Computing ausgerüstet sind. Doch was ist mit Bestandsgeräten? Ein Großteil der Industrieanlagen wurde in den 1990er Jahren entwickelt und besitzt eine eigene Steuerelektronik mit proprietären Protokollen – das IoT existiert für diese Geräte nicht.

Doch „Retrofitting“, also die Anpassung von Altgeräten an neue Standards, ist es möglich, Bestandsgeräte für den IoT-Einsatz nutzbar zu machen. Die prinzipielle Vorgehensweise: Moderne Sensoren werden zusätzlich an das Gerät angeschlossen und senden ihre Daten an ein IoT-Gateway. Dabei wird im Regelfall die vorhandene Steuerelektronik der Geräte gar nicht genutzt und kann wie gewohnt eingesetzt werden.

Die Studie nennt als Beispiel einen Nachrüstbausatz des Industrieausrüsters Harting, der den Namen MICA (Modular Industry Computing Architecture) besitzt. Dabei handelt es sich um eine IoT-Einheit, die an unterschiedliche Steuersysteme und vorhandene Sensoren angeschlossen wird. Zudem kann sie zusätzliche Sensoren nutzen, um ergänzende Daten wie Temperatur, Druck oder Feuchte zu ermitteln.

Best Practice: Eine elastische IT-Architektur aufbauen

Die Cloud- & IoT-Plattform ist die Basis für alle Anwendungsszenarien. Dafür sind die starren, monolithischen IT-Architekturen der Vergangenheit nicht geeignet. Denn im Internet der Dinge ist Flexibilität notwendig und eine Architektur, die nach dem Motto „Design for Change“ zukunftssicher aufgebaut wird.

Die meisten Unternehmen steigen gerade erst in das IoT ein und sind noch auf der Suche nach einem Geschäftsmodell. Die Infrastruktur muss deshalb in der Lage sein, flexibel mitzuwachsen und vor allem die Skalierung der Kundenzahl berücksichtigen. Die Autoren betonen, dass es ein erheblicher Unterschied ist, 20.000 Kunden mit einer IoT-Plattform zu bedienen oder 20 Millionen.

Best Practice: Offene Plattformen und APIs nutzen

Eine stabile und zukunftssichere Lösung bedeutet aber, dass sich die Unternehmen von proprietären Systemen verabschieden, betont Mind Digital. Sie müssen stattdessen ihre IoT-Architekturen auf Offenheit ausrichten. IoT-Plattformen sollten auch für Zulieferer, Kunden und andere Geschäftspartner erreichbar sein.

Dies gelingt durch die Offenlegung einer sogenannten API, einer Programmierschnittstelle, mit der die Anwendungen der Geschäftspartner die eigene Plattform erreichen können. Diese Offenheit kann so weit getrieben werden, dass ein Unternehmen offene Organisationsstrukturen nutzt, um innovative Produkte herzustellen – wie beispielsweise Local Motors.

Auf der frei zugänglichen Entwicklungsplattform des Fahrzeugherstellers können Interessenten ihre Anforderungen beschreiben. Experten aus aller Welt schlagen Lösungen für Karosserie, Antrieb oder Ausstattung vor. Local Motors wählt gemeinsam mit den Auftraggebern die besten aus. Sie werden entsprechend der Creative-Commons-Richtlinien zur Verfügung gestellt, nach der auch freie Software produziert wird. Auf diese Weise entstand das erste Local-Motors-Auto innerhalb von 18 Monaten von der Idee bis zur Marktreife.

 

Best Practice: Daten in Werte verwandeln

Daten nur zu sammeln und oberflächlich zu verarbeiten, reicht nicht. Die Autoren der Studie betonen, dass eine echte Wertschöpfung ein Konzept voraussetzt, auf welchem Weg Daten in Werte für den Kunden und das Unternehmen verwandelt werden. Die entstehenden Daten müssen gespeichert und ausgewertet werden. Zur Aufwertung von Services können zudem Fremddaten eingekauft werden, beispielsweise Wetterdaten oder anonymisierte Massendaten von Kaufvorgängen mit geographischem Bezug. Dadurch ist es möglich, die Services noch deutlich zu verfeinern.

Ein gutes Beispiel dafür sind Echtzeitinfos in der Logistik. Bei Lieferfahrten werden zur genauen Planung im Fahrzeug anfallende sowie zusätzlich externe Daten von öffentlichen und kommerziellen Anbietern genutzt: Neben der aktuellen Geschwindigkeit und der Position des Fahrzeugs sind das etwa die Verkehrsdichte auf Autobahnen und großen Bundesstraßen, Infos über Staus und Baustellen sowie Wetterdaten und daraus abgeleitete Angaben über die Befahrbarkeit von Straßen.

 

Den gesamten IoT-Leitfaden von Mind Digital können Sie unter folgendem Link herunterladen:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dieser Artikel erschien ursprünglich auf Digitales-Wirtschaftswunder.de, dem Themenblog der QSC AG

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