Software für IoT und smarte Lösungen (Juli 2023)

Eine neue Ära der IoT-Entwicklung

Heute lassen sich viele Geräte als IoT bezeichnen, denn immer mehr Dinge prägen unseren Alltag – vom smarten Türschloss zu Hause bis zum modernen Fahrzeug, das uns auf dem sichersten und kürzesten Weg ans Ziel bringt. In diesem Artikel zeigen wir, wie IoT in unsere Häuser und unser Leben gekommen ist und warum wir künftig noch mehr davon brauchen werden. 

IoT-Softwareentwicklung

Zunächst eine Begriffsklärung. IoT steht für Internet of Things, das Internet der Dinge. Mit IoT-Geräten lassen sich viele Abläufe im Unternehmen automatisieren, auch alltägliche Tätigkeiten. Bei der Geräteintegration werden zum Beispiel Mobiltelefone, Fernseher, Smartwatches, Laptops und Sensoren – etwa Beschleunigungssensoren oder Gyroskope – miteinander verbunden. Damit die Geräte im Geschäfts- und Verbraucheralltag funktionieren, müssen IoT-Infrastruktur und Geräte effizient miteinander kommunizieren. Zu solchen Lösungen gehören Aktoren, drahtlose Sensoren und Software – genau wie bei den Smartphones, die wir täglich für viele Zwecke nutzen. 

IoT-Softwareentwicklung bezeichnet den systematischen Aufbau einer IoT-Infrastruktur aus Software und Hardware. Intuitive Benutzeroberflächen und Visualisierungen helfen dabei, Sensordaten so aufzubereiten, dass sie sich in der Praxis nutzen lassen.

 „Mit IoT-Geräten lassen sich viele Abläufe im Unternehmen automatisieren, auch alltägliche Tätigkeiten.“

In einer zunehmend digitalen Welt ist die Automatisierung einer der wichtigsten Vorteile von IoT-Geräten. Entscheidend ist, dass sie praktisch überall genutzt werden kann, wo es Internetzugang gibt – und solche Orte werden täglich mehr. Wer ein Smartphone, einen Laptop oder einen Computer hat, kann sich mit einer Vielzahl von Sensoren verbinden. Damit Nutzer sehen, wie eine Maschine arbeitet, muss die IoT-Infrastruktur zuverlässig mit den Geräten kommunizieren. Aus diesen und weiteren Gründen sind Leistungen rund um die IoT-Entwicklung heute sehr gefragt. Viele Unternehmen folgen einem neuen Branchentrend und bieten die IoT-Entwicklung aus einer Hand an – von der Konzeption über Umsetzung und Tests bis zum Rollout.

IoT-Architektur, https://www.techtarget.com/iotagenda/feature/How-to-build-an-effective-edge-IoT-architecture

Die Rolle von IoT in der Softwareentwicklung

Das Hauptziel von IoT ist es, ein Ökosystem zu schaffen, das alles miteinander verbindet. Ein solches Ökosystem, in dem alles vernetzt ist, wird als Internet of Everything bezeichnet.

Darin treffen viele bekannte Technologien aufeinander: Funkidentifikation (RFID), Mikrocontroller, Sensoren, Satellitennavigation (GPS), Satellitentechnik und weitere.

Die IoT-Entwicklung war früher allerdings deutlich komplexer als klassische Webentwicklung und Webarchitektur. Sie muss mit großen Datenmengen, Sicherheit, intensiver Kommunikation, Zuverlässigkeit und vielem mehr umgehen.

IT-Fachleute unterscheiden zwei Hauptarten von IoT-Software: IoT für Unternehmen und Industrie (Industrial IoT) und IoT für Verbraucher (Consumer IoT). Sie unterscheiden sich vor allem in Anwendungen, Geräten und den Technologien, mit denen ein Ziel erreicht wird. Beispiele für Industrial-IoT-Geräte sind Beacons, RFID-Tags und Sensoren, zum Consumer IoT gehören Wearables, Medizingeräte, vernetzte Autos und Smart Homes.

Welche Software gibt es für IoT?

Raspbian ist ein weit verbreitetes Betriebssystem für IoT-Systeme und für die Hardware des Raspberry Pi optimiert. Es ist einfach zu bedienen und umfasst über 35.000 Pakete. Arm Mbed OS ist ein Open-Source-Betriebssystem, das alle Anforderungen an IoT-Systeme erfüllt.

Technologien des Internets der Dinge, https://www.avsystem.com/blog/iot-technology/

Programmiersprachen für IoT

Für IoT-Anwendungen ist die Wahl der Programmiersprache ebenso wichtig. Die Ressourcen der Geräte sind knapp, also muss der Code kompakt und leicht zu kompilieren sein. Diese Sprachen kommen im IoT besonders häufig zum Einsatz:

• C und C++. Beide bekannten Sprachen wurden für die hardwarenahe Programmierung entwickelt.
• Python. Kommt gut mit datenintensiven Anwendungen zurecht und passt deshalb hervorragend zu IoT.
• Java. Auch als Sprache für mobile Anwendungen bekannt, eignet sie sich für Geräte im Internet der Dinge (IoT) und arbeitet mit vielen Peripheriegeräten zusammen. 

IoT-Sensoren zur Datenerfassung

Um Daten aus einzelnen Geräten zuverlässig zu erfassen, braucht es passende Sensoren. Sie nehmen Reize auf, die auf Maschinen wirken, kodieren sie und leiten sie als Information weiter. Außerdem erkennen sie Unregelmäßigkeiten und Fehler sofort, ohne dass Mitarbeitende vor Ort prüfen müssen.

Zu den häufigsten Sensoren in Maschinen gehören:

• Näherungssensoren – bestimmen den Abstand der Maschine zu anderen Objekten,
• kapazitive Sensoren – erkennen verschiedene Materialarten,
• Temperatursensoren – erkennen, wenn sich ein Objekt erwärmt (oder abkühlt),
• optische Sensoren – reagieren mithilfe eines Lichtstrahls auf Bewegung,
• Ultraschallsensoren – messen Abstände mit Schallwellen,
• Drucksensoren – messen Widerstand,
• Dehnungsmessstreifen – messen Gewicht und Druck.

Beispiele für IoT in smarten Lösungen:

IoT-Lösungen für die Smart City sollen Städte der Zukunft schaffen, die die wirtschaftliche Entwicklung fördern, Infrastruktur und Umwelt verbessern und öffentliche Ressourcen digital optimieren. Eine Smart City besteht aus Milliarden intelligenter Geräte, die Informationen erfassen und über ein stadtweites Netz austauschen.

• Smart City – Die Stadt Breslau (Wrocław) hat gemeinsam mit T-Mobile ein System zur Erkennung freier Parkplätze eingeführt. Damit erfahren Einwohner, wo sie einen freien Parkplatz finden und welche Plätze belegt sind.
  
  
• Intelligente Landwirtschaft – Spark Control ist eine gute Lösung für Gewächshäuser. Spark Control und EMBIQ haben ein Indoor-Ortungssystem für große Flächen entwickelt. Getestet haben wir das System zunächst in einem Gewächshaus, langfristig wollen wir aber alle Branchen erreichen. Derzeit passen wir die Lösung so an, dass sie sich auf alle Wirtschaftsbereiche und unterschiedliche Unternehmen skalieren lässt. Die Messung basiert auf UWB-Technologie, die sehr genaue Ergebnisse liefert.
  
  
• Intelligente Fertigung –  Entscheidend sind die richtigen Geräte in der richtigen Anzahl. Alcon stellte Tausende individueller OP-Sets zusammen und suchte ein System, um die Effizienz der Bediener zu verfolgen und flexibel auf wechselnde Teamgrößen und Produktionsabläufe bei einem dynamischen Produktportfolio zu reagieren. Die Lösung auf Basis des Echtzeit-Ortungssystems (RTLS) von Pozyx lieferte ein Effizienz-Dashboard, mit dem sich die Arbeitsleistung der Bediener optimieren lässt. Die Daten nutzt auch die Finanzabteilung, um Arbeitskosten zu bewerten und Kostenkalkulationen zu verbessern.
  
  
• Intelligente Abfallwirtschaft – ein gutes Beispiel sind die intelligenten Abfallbehälter von T-Master. Alles basiert auf multifunktionalen mobilen Apps – für Qualitätskontrolleure und für Einwohner. Die erste zeigt Informationen über Qualität und Menge der Materialien. Die zweite stellt die Ergebnisse der Mülltrennung mit Statistiken dar. Sie bietet außerdem Lernfunktionen wie eine Materialsuche.
  
• Grundlage für eine IoT-Infrastruktur im Unternehmen ist die Ausstattung mit passenden Geräten. Von den gewählten Werkzeugen hängt ab, in welchem Umfang sich weitere Elemente umsetzen lassen. Denn die Auswahl der Geräte bestimmt maßgeblich, ob sie sich miteinander verbinden lassen, zusammenarbeiten und eigenständig interagieren können.
  

Allgemeine Trends für die Zukunft

• Edge Computing: Immer mehr IoT-Geräte erzeugen riesige Datenmengen. Deshalb werden Daten zunehmend am Rand des Netzwerks verarbeitet, näher an der Quelle. Edge Computing senkt Latenzen, spart Bandbreite und verbessert Datenschutz und Sicherheit.

• Integration von KI und maschinellem Lernen: Algorithmen des maschinellen Lernens und KI-Verfahren werden in IoT-Systeme integriert, um Entscheidungen in Echtzeit, vorausschauende Analysen und intelligente Automatisierung zu ermöglichen. So lernen IoT-Geräte aus Datenmustern, passen sich an und optimieren ihre Leistung.

• Blockchain für IoT-Sicherheit: Untersucht wird, wie Blockchain die Sicherheit von IoT-Netzwerken erhöhen kann. Sie bietet einen dezentralen und manipulationssicheren Weg, Geräteidentitäten zu verwalten, Transaktionen zu authentifizieren und die Integrität der Daten zu sichern.

• 5G-Konnektivität: 5G-Netze bieten schnellere und zuverlässigere Verbindungen. Das ist entscheidend, um sehr viele IoT-Geräte zu unterstützen und Anwendungen mit geringer Latenz zu ermöglichen, etwa autonome Fahrzeuge, ferngesteuerte Operationen und Echtzeit-Überwachung.

• Datenanalyse und Visualisierung: Fortgeschrittene Analyseverfahren, darunter Big-Data-Verarbeitung, Data Mining und Visualisierungswerkzeuge, gewinnen wertvolle Erkenntnisse aus den großen Datenmengen von IoT-Geräten. Sie helfen Unternehmen, fundierte Entscheidungen zu treffen und Abläufe zu optimieren.

• Mehr Sicherheit und Datenschutz: Mit der Zahl der IoT-Geräte wächst auch die Sorge vor Sicherheitslücken. Daran wird gearbeitet – mit stärkerer Verschlüsselung, sicheren Firmware-Updates und Multi-Faktor-Authentifizierung –, um Geräte vor Cyberangriffen zu schützen und die Privatsphäre der Nutzer zu wahren.

• Interoperabilität und Standardisierung: Bei so vielen IoT-Geräten und Plattformen sind Interoperabilität und Standardisierung entscheidend für reibungslose Kommunikation und Integration. Initiativen wie die Open Connectivity Foundation (OCF) und das Industrial Internet Consortium (IIC) arbeiten an Standards und Protokollen, die das Zusammenspiel von Geräten und Plattformen sichern.

• Nachhaltigkeit und Energieeffizienz: Energieeffiziente IoT-Geräte und ein optimierter Stromverbrauch rücken stärker in den Fokus. Dazu gehören stromsparende Kommunikationsprotokolle, Energy Harvesting und intelligente Algorithmen, die den Energieverbrauch senken.

Warum IoT?

https://iot-analytics.com/iot-2020-in-review/

Seit der Pandemie wächst das Interesse an IoT-Lösungen. Laut einer Analyse von IoT Analytics ist das öffentliche Interesse an IoT durch Covid-19 um 15% gesunken. Große Marktteilnehmer wie das chinesische Unternehmen Xiaomi investieren immer mehr in innovative Geräte. Xiaomi hat erhebliche Mittel in zahlreiche IoT-Geräte für Verbraucher und Unternehmen gesteckt, etwa Smart-TVs, Drohnen, E-Scooter, Luftreiniger, Router, Überwachungskameras und vieles mehr. Die Beliebtheit von IoT wächst also weiter, und Prognosen zufolge lässt sich dieser Trend nicht aufhalten. 

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