Über unsMediaKontaktImpressum
Dr. Stefan Hellfeld 26. Januar 2016

IoT 4.0 – Was kommt nach dem Internet of Things?

In einer Sekunde werden weltweit ca. 22.574 GB an Daten über das Internet versandt. Daten, die vereinzelt auch von autonom arbeitenden "Dingen" ins Internet transferiert werden. Grundlage hierfür ist das Internet of Things (IoT), welches gegenwärtig in jedem Bereich unserer Lebens- und Arbeitswelt Einzug erhält und den sogenannten Digitalisierungsprozess unserer Gesellschaft maßgeblich mitgestaltet.

Eine Bestandsaufnahme und ein Ausblick auf weitere Entwicklungen im Internet of Things

Der Ansatz ist sehr einfach: Alles bekommt einen Internetzugang. Auch Ihr Wattestäbchen, welches in Zukunft nach Ihrer Abendtoilette die Ergebnisse der durchgeführten Sensoranalyse ins Internet sendet und dort entsprechend errechnet wird, ob Sie in der letzten Zeit Schadstoffen ausgesetzt waren (Bei Blauwalen wurde dies tatsächlich bereits wissenschaftlich untersucht, ob dies beim Menschen ebenfalls möglich ist, wurde bisher nicht analysiert [1]). Doch Analysten bspw. von Gartner sind der Ansicht, dass das Internet of Things bzw. Lösungen, die für das Internet of Things entwickelt wurden, erst in mehreren Jahren produktiv genutzt werden können [2].

Entsprechend kann bereits heute die Frage gestellt werden, was nach dem Internet of Things kommt bzw. was ist der nächste Trend, die nächste Revolution? Ziel ist, durch Kenntnisse über die nächste Version des Internet of Things die Dauer bis zur produktiven Phase/Nutzung des Internet of Things zu verkürzen.

Das Internet of Things hat den Gipfel der überzogenen Erwartungen erreicht.

Die Entwicklung des Internet of Things findet sich derzeitig am Scheitelpunkt der Kurve des vielzitierten Hype Cycle der Analysten von Gartner wieder (vgl. Abb.1). Es hat den Gipfel der überzogenen Erwartungen erreicht und tritt in die Phase der Desillusionierung ein. Diese negative Entwicklung wird trotz der Tatsache vorhergesagt, dass das Internet of Things maßgeblich für die Digitalisierung unserer Welt und zwar in allen Bereichen des Lebens und Arbeitens verantwortlich ist. Dabei verändert sich das Internet of Things täglich, auch da die einhergehende Digitalisierung einen Prozess beschreibt, der noch längst nicht abgeschlossen ist. Das IoT steht in den einzelnen Domänen für die Vernetzung der verschiedenen (Mikro-)Ökosysteme. Entsprechend wird gegenwärtig in vielen verschiedenen Domänen der Einsatz des Internet of Things nicht nur geplant, sondern intensiv vorangetrieben. Im Folgenden seien einige Beispiele für Ansätze des Internet of Things gegeben:

In der Fertigung/Produktion:
In der Produktion der Zukunft - oder zumindest der Produktion von morgen - spielt die Vernetzung eine wesentliche Rolle. Sogenannte Cyber-Physical-Systems [3] beschreiben die Interkonnektivität von Sensoren und Aktoren im Kontext der vierten industriellen Revolution. Selbstverständlich sind die Sensoren und Aktoren auch an das Internet angebunden und folgerichtig repräsentieren sie eine Form des Internet of Things.

In der Mobilität:
Im Rahmen der Mobilität wird bspw. in Europa gesetzlich vorgeschrieben, dass ab 2018 jeder Neuwagen einen Internetzugang besitzen muss. Dies erlaubt eine Kommunikation aus der Fahrgastzelle heraus und in diese hinein, aber auch eine Kommunikation der Dinge im Fahrzeug untereinander bzw. der Dinge im Fahrzeug mit Dingen im Internet. Car2X-Kommunikation, in welcher das intelligente Fahrzeug mit der nächsten Ampel Informationen austauscht oder ein Parkplatz dem Fahrzeug mitteilt, dass er gerade freigeworden ist, sind Beispiele für das Internet of Things.

Zuhause und im Gesundheitsmanagement:
Der Quantify-Yourself-Trend, der davon ausgeht, dass alle persönlichen Daten über das eigene Leben mittels Sensoren erfasst und aufgezeichnet werden, damit sich der Besitzer der Daten mit anderen vergleichen kann, benötigt eine Vernetzung der Dinge untereinander und mit dem Internet. Nur so können Krankenkassenbeiträge auf die gesunde Lebensart mancher Menschen angepasst werden. Die Vernetzung der Geräte und deren Zugänglichkeit über das Internet spielen auch bei den Sensoren und Aktoren in einem SmartHome eine wesentliche Rolle. Nur so kann das SmartHome feststellen, dass Sie sich auf dem Heimweg befinden und die Heizung anschalten.

Bei der Energiewende:
Die Smart Meter oder auch intelligenten Sensoren und Aktoren in einem SmartHome helfen nicht nur, die Umgebung zu automatisieren, sondern ermöglichen es, den Energieverbrauch so zu steuern, dass lediglich erneuerbare Energien genutzt werden. So kann Ihre Waschmaschine in Zukunft genau berechnen, ob die produzierte Energie Ihrer Solarzellen zur Mittagszeit ausreichend ist, um das nächste Waschprogramm ressourcenschonend zu Ende zu führen.

IOT und die Ziele der Digitalisierung

Die Beispiele verdeutlichen, dass sowohl die Digitalisierung als auch das Internet of Things inzwischen überall in unserem Leben angekommen ist und weiterwächst. Entsprechend sind auch die Ziele der Digitalisierung mit den zu erreichenden Zielen des Internet of Things annähernd deckungsgleich (vgl. auch Abb:2):

Ziel 1: Die Automatisierung von Abläufen
Durch eine Automatisierung von Abläufen können diese effizienter und effektiver ausgeführt werden. Es können ggf. Ressourcen eingespart werden. So kann im SmartHome mittels Automatisierung Energie eingespart werden. Darüber hinaus wird die Ressource "Zeit" für die Bewohner erhöht, da die Selbstverwaltung des SmartHome ein manuelles Überprüfen der Herdplatte beim Verlassen der Wohnung nicht mehr notwendig macht. Das spart Zeit.

Ziel 2: Die Sicherung der Nachhaltigkeit
Die Sicherung der Nachhaltigkeit adressiert zum einen den bereits beschriebenen verringerten Ressourcenverbrauch. Zum anderen kann durch die Vernetzung ein Ökosystem besser auf Schwachstellen untersucht werden. So können Komponenten, die kurz vor einem Defekt stehen, noch vor dem eigentlichen Versagen ausgetauscht werden. Eine Gebäudeinfrastruktur kann bspw. derart nachhaltig gesichert werden, indem die Waschmaschine den Bruch des Zulaufschlauchs noch vor dem eigentlichen Wasserschaden erkennt und entsprechend Ersatz anfordert.

Ziel 3: Die bessere Mensch-Maschine-Interaktion
Die Verbesserung der Mensch-Maschine-Interaktion ist ebenfalls ein wesentliches Ziel der Digitalisierung und damit auch des Internet of Things. So muss bspw. die Bedienung einer Waschmaschine durch die Integration einer neuen Steuereinheit in Form eines Touchpanels vollständig überarbeitet werden, da eine Ausrichtung und Installation des Touchpanels an derselben Stelle wie die ursprünglichen Bedienelemente ein Ablesen des Panels nur erschwert möglich machen würde. Auch die Fernsteuerung von Geräten über das Internet erfordert gänzlich neue Benutzungsschnittstellen, da bspw. das Smartphone-Display im Supermarkt den gesamten Inhalt des intelligenten Kühlschranks aufgrund der Displaygröße nicht darstellen kann.

Ziel 4: Zur Absicherung
Durch die Digitalisierung sowie die Vernetzung der Dinge werden diese sicherer, wenn davon ausgegangen wird, dass die Lösungen, die im Rahmen des Internet of Things und der Digitalisierung entwickelt werden, einem gewissen Sicherheitsstandard gerecht werden. So können bspw. Unfälle vermieden oder es kann Menschen in Notsituationen besser geholfen werden, weil bspw. das SmartHome die gestürzte Person, die nicht mehr aufstehen kann, detektiert und selbstständig einen Notruf abgibt.

Es ist die Aufgabe der Menschen, die Lösungen für das Internet of Things entwickeln, die oben genannten Ziele möglichst schnell zu erreichen. Hierzu werden gegenwärtig unterschiedliche Maßnahmen angestoßen. So wurde bereits 2014 von der VDI/VDE-Gesellschaft ein Referenzmodell vorgestellt, welches die Architektur einer Internet of Things-Lösung vorgibt [4]. Das Modell ist in Abb.3 dargestellt.

Darüber hinaus gibt es bereits eine Vielzahl an Plattformen, die von unterschiedlichen Herstellern entwickelt wurden und – nach Aussage der Hersteller – die Etablierung bzw. Entwicklung einer Internet of Things-Lösung im Unternehmen wesentlich vereinfachen [5]. Neben den großen IT-Unternehmen wie Microsoft, Oracle, IBM oder SAP versuchen auch kleinere Anbieter auf der "Internet of Things-Welle" mitzuschwimmen und bieten Ihre Lösungen für die jetzige Version des Internet of Things an.

Trotz eines Referenzmodells zum quasi-standardisierten Entwurf von Internet of Things-Lösungen und zahlreichen Plattformen, die die Umsetzung der Lösungen unterstützen, soll nach Meinung der Analysten das Internet of Things bis zu einer produktiven Nutzung noch Zeit benötigen. Warum ist das so?

Nach dem Aufräumen kann mit der produktiven Arbeit begonnen werden.

Dies begründet sich wie folgt: Innovationen bzw. Entwicklungen/Trends in der Informationstechnologie haben in der Vergangenheit häufig gezeigt, dass einer anfänglichen Phase der Euphorie wie bspw. "mit Augmented Reality wird das Personal Marketing revolutioniert" die Phase der schnellen Lösungsentwicklung folgt. Meist sind die Lösungen aufgrund der schnellen Entwicklung noch nicht ganz ausgereift. Der Entwicklungsphase folgt eine Phase der Ernüchterung, die Fehler müssen korrigiert werden, die Lösungen nochmals überarbeitet werden. Es wird "aufgeräumt". Erst nach dem Aufräumen kann mit der produktiven Arbeit begonnen werden. Diese Phasen spiegeln sich auch im Hype Cycle von Gartner wider.

Um die Produktivität des Internet of Things evtl. schneller zu erreichen, muss daher verstanden werden, wie das nachgelagerte Aufräumen bereits während der Entwicklung der eigentlichen Lösung verhindert werden kann. Hierzu können auch die oben beschriebenen Einsatzszenarien und Ziele dienen, da eine exakte Zieldefinition eine bessere Entwicklung nach sich zieht. Zunächst muss daher erkannt werden, welcher Teil einer Lösung hinsichtlich einer gründlicheren Entwicklung betrachtet werden muss. Die Geschichte hat gezeigt, dass es sich häufig um einen bestimmten Bereich handelt, der dann in der Phase des Aufräumens noch verbessert wird. So haben sich bspw. MP3-Player erst in Kombination mit einer Software namens Apple© iTunes richtig durchgesetzt. Smartphones haben den Siegeszug angetreten, nachdem Benutzungsschnittstellen intensiv überarbeitet und mit neuem Design versehen wurden. Diese Beispiele zeigen, um welchen Bereich es sich handelt, der mit Sorgfalt angegangen werden muss. Der Bereich ist auch im Referenzmodell des VDI enthalten. Es handelt sich um die Softwareschnittstelle der Lösungen (vgl. Abb.4).

Intelligente Software, die erst ein Zusammenspiel der Sensoren und Aktoren ermöglicht und mit deren Unterstützung der entscheidende Mehrwert generiert werden kann, ist der Schlüssel für die Produktivität des Internet of Things. Wird bereits heute an dieser Stelle "aufgeräumt" und über eine zielgerichtete (vgl. die Ziele im oberen Abschnitt) Entwicklung von Software nachgedacht, so kann die nächste Version des Internet of Things schneller erreicht werden. Mit diesem Update ist dann u. U. auch die Überbrückung der Desillusionierung im Gartner Hype Cycle möglich.

Folgende Schwerpunkte im Hinblick auf eine Verbesserung der Software im Internet of Things bzw. dessen nächster Version können genannt werden:

  1. Komplexe Middleware:
    Es bedarf intelligenter Software, die es ermöglicht, Internet of Things-Lösungen nicht nur vereinfacht in existierende Ökosysteme zu integrieren, diese zu erweitern oder zu verbessern, sondern auch eine Vernetzung unterschiedlicher Internet of Things-Lösungen zu zulassen. Stichwörter wie Seamless Integration [6], Plug-and-Play-Lösungen oder auch "vermittelnde" Software, die bspw. als Platform Abstraction Layer über die existierenden Lösungen oder Plattformen im Unternehmen abstrahiert, sind denkbar. So würde eine vollständige Vernetzung maßgeblich vereinfacht werden und es käme nicht zu nachgelagerten Interoperabilitätsproblemen der einzelnen Plattformen.
  2. Komplexe Simulationssoftware:
    Das Internet in seinem gegenwärtigen Umfang stellt bereits heute Unternehmen vor große Herausforderungen. Wandern noch mehr Geräte ins Internet werden auch die Probleme komplexer. Simulationssoftware, die den Einsatz von Internet of Things-Lösungen "testbar" macht, wird ein wesentlicher Bestandteil der nächsten Version des Internet of Things. Interoperabilitätstest, die noch vor dem Ausrollen einer Plattform in einem gesamten Ökosystem durchgeführt werden, können in Zukunft über den Einsatz von IoT-Lösungen entscheiden. Darüber hinaus ist mittels Simulationssoftware ein belastbares Forecasting möglich, welches im Internet of Things in Zukunft eine immer wichtigere Rolle spielen wird. Zusätzlich können agile Workflows, die es in der Zukunft vermehrt geben wird und die sich dynamisch auf Anforderungen und Aufgaben anpassen können, mittels Simulationssoftware im Vorfeld analysiert werden.
  3. Multiagentensysteme:
    Aufgrund der Komplexität zukünftiger Internet of Things-Lösungen müssen diese nicht nur besser getestet und evaluiert werden, es bedarf auch einer weitreichenderen Automatisierung einzelner Komponenten in den Lösungen. In diesem Zusammenhang werden Multiagentensystemen für den produktiven Betrieb von IoT-Lösungen immer wichtiger. Systeme oder Komponenten, die Teilaufgaben selbstständig lösen können und entsprechend keine Unterstützung durch den Menschen mehr benötigen.
    • Machine defined Services: Auf Basis unterschiedlicher Eingangsparameter werden Dienste von anderen Maschinen ohne das Zutun des Menschen konfiguriert.
    • Service defined Services: In der Zukunft existieren Services, die Ihnen aufgrund unterschiedlicher Profileinstellungen den richtigen Location based Service an Ihrer Position zur Verfügung stellen.
    • Network defined Networks: Netzwerke, die aufgrund ihrer eigenen Struktur die Struktur der angrenzenden Netzwerke selbstständig definieren, werden wesentlicher Bestandteil im Internet of Things. So könnte bspw. eine wesentliche Fragestellung des Internet of Things, ob für eine Plattform eine Client-Server- oder eine Peer-to-Peer-Architektur gewählt werden soll, beantwortet oder sogar im Vorfeld automatisiert gelöst werden.
    • Human Computer Interfaces: In zukünftigen Internet of Things-Lösungen ist nicht nur die beschriebene bessere Automatisierung ein wichtiger Bestandteil. Auch die Interaktion mit dem Menschen muss sich maßgeblich verändern. In diesem Bereich kommt der mobilen Informationstechnologie (IT) eine gesonderte Rolle zu. Die mobile Informationstechnologie bildet für eine Vielzahl an Menschen bereits heute den Einstiegspunkt in die digitale Welt. Dies wird sich in Zukunft noch verstärken. Das mobile Endgerät bildet zukünftig den Menschen in der digitalen Welt ab und stellt sein digitales Ich dar. So wird über das Smartphone mit dem SmartHome gesprochen, die berufliche Kommunikation findet über das Smartphone statt und auch das Fahrzeug muss sich mittels einer Kommunikation mit dem Smartphone an den Fahrer anpassen. Neue Schnittstellen, die durch die mobile IT getrieben werden, werden sich in anderen Bereichen etablieren und dort den Umgang mit Internet of Things-Lösungen erleichtern (bspw. eine Sprachsteuerung, mit welcher das gesamte SmartHome gesteuert werden kann). Entsprechend werden die Benutzungsschnittstellen mobiler Endgeräte weiter verbessert und auf den Menschen angepasst.

Die nächste Version des Internet of Things besitzt einige Herausforderungen, die es schnellstmöglich zu lösen gilt, damit das Internet of Things die produktive Phase erreicht. Andernfalls werden die Vorhersagen der Analysten von Gartner eintreten und das Internet of Things wird noch sehr lange auf einen produktiven Einsatz warten müssen. Es ist aber durchaus möglich, dass durch die schnellen Innovationszyklen in der IT und die daraus gewonnenen Erfahrungswerten, die produktive Phase des Internet of Things und damit wahrscheinlich auch die nächste Version des Internet of Things früher erreicht werden, da bereits heute mit der Entwicklung der Updates auf die Version 4.0 des Internet of Things begonnen werden kann.

Quellen
  1. Trumble, S.J.; Robinson, E.M.; Berman-Kowalewski, M.; Potter C.W., and Usenko S.: Blue whale earplug reveals lifetime contaminant exposure and hormone profiles Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America; 2013
  2. Gartner Inc.: Gartner's 2015 Hype Cycle for Emerging Technologies Identifies the Computing Innovations That Organizations Should Monitor, 2015
  3. Lee, E.A.: Cyber Physical Systems: Design Challenges; Technical Report No. UCB/EECS-2008-8;
  4. VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik: Industrie 4.0 Statusreport, 2014
  5. Postscapes.com: Übersicht von Internet of Things-Plattformen
  6. Techopedia: Seamless Integration

Autor

Dr. Stefan Hellfeld

Dr. Stefan Hellfeld entwickelt mit seinem Team Hardware- und Softwarelösungen, die den gegenwärtigen Herausforderungen der Digitalisierung gerecht werden.
>> Weiterlesen
botMessage_toctoc_comments_9210