Auf der CES in Las Vegas, der weltgrößten Fachmesse für Unterhaltungselektronik, konnte man dieses Jahr sehr gut beobachten, dass der Trend ganz klar zur Vernetzung von wirklich allem geht. Ein kurioses und viel zitiertes Beispiel ist etwa die vernetzte Zahnbürste Kolibree [1], welche Auswertungen über das Zahnputzverhalten liefert und diese Daten gleich mit dem Zahnarzt teilen kann. Analysten übertreffen sich aktuell mit Aussagen bezüglich der Dimension der Vernetzung und Digitalisierung von "Dingen" in den nächsten Jahren, die meisten Prognosen pendeln sich bei 26-50 Milliarden Geräten bis 2020 ein [2][3].

Das Internet der Dinge

Es stellt sich zunächst die Frage warum gerade jetzt die Digitalisierung und Vernetzung von fast allen IT-Industriegrößen (und natürlich kleinen Firmen bzw. Startups) so stark vorangetrieben wird. Beispielsweise ist die Fokussierung auf das Internet of Things für Oracle eine Schlüsselstrategie für die Programmiersprache Java, wie man Ende 2013 auf der JavaOne verkündet hat [4].

Es gibt viele verschiedene Gründe die für die rasante Digitalisierung sprechen, in erster Linie dürfte ein Grund dafür sein, dass Hardware so günstig ist wie noch nie zuvor. Für ca. 30 Euro ist es mittlerweile möglich sich einen internetfähigen Minicomputer wie etwa einen Raspberry Pi zu kaufen und damit hat man einen komplett funktionsfähigen Minirechner, der von der Leistung so manchen älteren Desktop-PC ablösen könnte. Seit vor einigen Jahren die ersten sehr günstigen Arduino Mikrocontroller auf den Markt kamen, ist es selbst für ungeübte Laien möglich, eigene kleine Experimente mit Sensoren und Aktoren zu machen. Das begünstigte sehr stark die Entwicklung der sogenannten "Maker"-Szene. Die sog. "Maker" sind Laien, welche mit oben genannter Hardware eigene Lösungen bauen, von der einfachen Temperaturanzeige bis zu Homeautomation-Lösungen. Aus dieser Szene bildeten sich sehr viele der momentan erfolgreichen Internet of Things Startups.

Neben günstiger Hardware ist es dank der - zwar langsamen aber stetigen - Verbreitung von IPv6 technisch möglich, wirklich jedes Objekt an das Internet anzuschließen, da eine globale Eindeutigkeit gewährleistet werden kann. Die schier unglaubliche Zahl von theoretisch 2¹²⁸ verfügbaren IPv6 Adressen würde es erlauben jedes Sandkorn auf der Erde mit einer IP Adresse auszustatten [5].

Schlussendlich ist es nicht nur eine Frage des technisch Möglichen, dass gerade jetzt das Zeitalter des Internet of Things anbricht, es liegt vor allem daran, dass klassische Consumer diesen hohen Grad der Vernetzung immer mehr zu wünschen scheinen. Smartphones und Tablets boomen nach wie vor und immer mehr Menschen sind es gewohnt "always online" zu sein. Für viele sog. 'Wearables' wie etwa Smartwatches und Brillen, wie etwa Google Glasses dient das Smartphone des Benutzers als Gateway ins Internet. Es ist nur eine Frage der Zeit bis diese Art von Hardware standardmäßig autark (z.B. über Mobilfunk) ohne Smartphone mit dem Internet verbunden ist.

Herausforderungen für das Internet der Dinge

Mit der unglaublich großen Menge an mit dem Internet verbundenen Geräten ergeben sich einige nicht-triviale Herausforderungen für Hersteller von Hardware und Software, die hier nur kurz beleuchtet werden, da diese Thematik selbst einen eigenen Artikel wert wäre.

• Interoperabilität ist ein Schlüsselthema. Es gibt eine unüberschaubare Menge an proprietären und offenen Kommunikationsprotokollen. Da es unmöglich ist, alle Daten dieser Welt in eine einheitliche Struktur zu bringen, ist es hierbei von Vorteil, wenn das Kommunikationsprotokoll möglichst Daten-agnostisch ist. Langfristig werden sich nur offene Protokolle im Internet durchsetzen können. Offenheit ist zwingend erforderlich für Interoperabilität, das hat die Geschichte des Internets gezeigt.
• Die Skalierbarkeit von (Backend-) Systemen auf potentiell Millionen von Benutzern bzw. Geräten ist ein technisch komplexes Thema, da der Betrieb solcher Systeme ein tiefes Know-How in Infrastruktur, Betriebssystemen und Software erfordert. Deshalb ist es wichtig, auf Systeme zu setzen, welche leicht, kostengünstig und bestenfalls linear skalierbar sind.
• Die Kommunikation von Consumer Hardware über das Internet sollte in vielen Anwendungsszenarien bestenfalls an jedem Ort funktionieren, deshalb wird sehr oft Mobilfunk als eine wichtige Technologie im IoT gesehen. Dadurch ergeben sich natürlich erhebliche Herausforderungen wie etwa eine hohe Latenz, große Timeouts und eine niedrige Bandbreite.
• Bei der Skalierung von IoT Systemen hat man auch sehr oft ein Big Data Problem, da bei Millionen von gleichzeitig verbundenen Geräten sehr große Datenmengen für die Auswertung anfallen können.

MQTT to the rescue?

Es stellt sich die Frage, welches Kommunikationsprotokoll geeignet ist um den Anforderungen des Internet of Things gerecht zu werden. Neben dem Klassiker unter den Internetprotokollen, HTTP, etabliert sich das Protokoll MQTT immer mehr zu einem IoT-Standard. Das sehr schlanke und leichtgewichtige Kommunikationsprotokoll punktet durch folgende Eigenschaften:

• MQTT ist schlank und leichtgewichtig und sehr einfach zu implementieren.
• MQTT implementiert das Publish / Subscribe Pattern und erlaubt damit echtes Push-Messaging zwischen allen Kommunikationsteilnehmern.
• MQTT gewährleistet durch verschiedene Quality of Service Levels die Datenübertragung in instabilen Netzen, wie etwa Mobilfunknetzen.
• MQTT besitzt einen minimalen Protokolloverhead.
• MQTT ist Session-Aware. Das bedeutet, Metainformationen müssen im Idealfall nur einmal übertragen werden, da der Server die Daten nach einem Verbindungsabbruch weiterhin vorhält.
• MQTT ist datenagnostisch. Es ist daher möglich, Daten in jedem möglichen Format zu übertragen.

All diese Eigenschaften machen MQTT zu einer sehr guten Wahl, da mittels dem Publish / Subscribe Pattern eine hohe Skalierbarkeit erreicht werden kann und mit dem minimalen Overhead und verschiedenen Quality of Service Levels können selbst instabile und teure Kommunikationskanäle wie Mobilfunknetze und Satellitenübertragung kosteneffizient genutzt werden.

Funktionsweise von MQTT