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IoT-Architektur: Die Ebenen des Internet of Things

Veröffentlicht am 27.03.2023

Eine Einführung in die verschiedenen Ebenen der IoT-Architektur und wie sie zusammenarbeiten um die physische mit der digitalen Welt zu vernetzen.

Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) ist eine Technologie, welches es ermöglicht, Objekte in einer noch nie da gewesenen Art und Weise zu vernetzen. Die erfassten Daten, die daraus resultieren, ermöglichen es uns bessere Entscheidungen zu treffen oder Prozesse zu automatisieren. Doch beim IoT handelt es sich nicht um eine einzige Technologie, sondern um viele technologische Ebenen, welche im Zusammenspiel das Internet der Dinge bilden. In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die Architektur des IoTs und seine verschiedenen Ebenen.

Die Ebenen der IoT-Architektur

Das Internet der Dinge ist vielseitig und umfasst eine Reihe von Komponenten und Technologien, welche zusammen­arbeiten, um die Vernetzung von Objekten zu ermöglichen. Dabei unterscheiden wir grob in Ebenen in der physischen Welt und Ebenen in der digitalen Welt. Dazwischen steht eine Konnektivitäts-Ebene, welche die beiden Welten miteinander verbindet. Im Folgenden werden wir genauer auf die Ebenen sowie die dazugehörigen Komponenten und Technologien eingehen.

Physische Welt

Man benötigt in den meisten Fällen zusätzliche Hardware, um ein Objekt zu vernetzen und somit in das Internet der Dinge einzubinden. Diese Hardware wird am Objekt angebracht, um die physische Welt, also alle realen Objekte, miteinander zu vernetzen.

Physische Objekte

Am Anfang steht immer ein zu vernetzendes Objekt. Dabei handelt es sich im industriellen Kontext in den meisten Fällen um Fahrzeuge, Transportbehälter, Geräte und Werkzeuge, Produktionsmaschinen oder Förderbänder. Die Vernetzung dieser Objekte ermöglicht eine bessere Überwachung und Steuerung von Prozessen sowie die optimierte Wartung und Instandhaltung.

Sensoren und Aktoren

Um Daten eines physischen Objekts oder seiner Umgebung zu erfassen, benötigt es Sensoren, welche entweder in Form von Trackern, Datenloggern oder Beacons an den Objekten angebracht werden oder sich bereits in der Elektronik eines Objekts befinden. Die Sensoren können dabei je nach Bedarf verschiedene physikalische Kenngrößen erfassen, von Temperatur und Feuchtigkeit bis hin zu Bewegung und Vibration.

Unter Aktoren versteht man Komponenten welche anhand von erfassten Daten, Aktionen auslösen also Objekte steuern. Dabei können die Aktoren je nach Bedarf verschiedene Formen annehmen. So können sie beispielsweise als Schalter für die Aktivierung der Klimaanlage bei erhöhter Temperatur eingesetzt werden oder als Motor, welcher bei Regen Fenster schließt.

Konnektivität

Die Konnektivitäts-Ebene ist die Ebene, die die Geräte untereinander vernetzt oder mit dem Internet verbindet, um die Daten zu übertragen. Hierzu kommen je nach Anwendungsfall verschiedene Netzwerkprotokolle wie WiFi, Bluetooth , NB-IoT oder LoRaWAN zum Einsatz. Das Ziel dieser Ebene ist es, die physische mit der digitalen Welt zu verbinden und eine zuverlässige sowie sichere Datenübertragung zu gewährleisten. Einige Lösungen verfügen selbst über die Möglichkeit, Daten über das Mobilfunknetz zu senden. Andere Lösungen nutzen hierzu Zwischeninstanzen wie beispielsweise Smartphones oder Gateways.

Digitale Welt

Die digitale Welt der IoT-Architektur ermöglicht die Verarbeitung und Analyse der erfassten Daten. Dadurch gewinnen Unternehmen nützliche Erkenntnisse und können daraus Maßnahmen ableiten, was wiederum Prozesse optimiert, Kosten spart oder neue Geschäftsfelder identifiziert.

Analytics

Die Analytics oder auch Datenanalyse ist ein wichtiger Bestandteil des IoT. Denn hier werden aus den großen Datenmengen nützliche Erkenntnisse und wertvolle Daten gewonnen. Diese Erkenntnisse werden dann dazu verwendet, Entscheidungen zu treffen oder Trends hervorzusagen.

Um Analytics erfolgreich einzusetzen, werden die Daten zunächst in einem Datenspeicher gesammelt, gespeichert und bereinigt. Anschließend kommen Algorithmen und Methoden aus dem Bereich des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz zum Einsatz, um beispielsweise den Wartungsbedarf von Maschinen zu identifizieren oder Ausfälle hervorzusagen.

Digitale Services

Die abschließende Ebene der digitalen Services führt die Möglichkeiten der vorhergehenden Ebenen zusammen, strukturiert sie und stellt sie in sogenannten IoT-Plattformen dar. Dabei werden die Daten meistens in übersichtlichen Dashboards in Web-Applikationen oder Apps zur schau gestellt. Erst hier wird der eigentliche Kundennutzen generiert. Denn hier erhält der Kunde den vollumfänglichen Überblick über seine vernetzten Objekte. So werden hier beispielsweise die Standorte von Fahrzeugen visualisiert, Maschinen ferngesteuert oder Daten visualisiert um Trends und Muster zu erkennen. Anhand dieser Informationen können dann die betroffenen Prozesse optimiert werden, neue Produkte und Dienstleistungen entwickelt werden und letztendlich bessere Entscheidungen getroffen werden.

Dashboards ermöglichen eine schnelle und übersichtliche Darstellung der wichtigsten Kennzahlen und Trends

Die IoT-Architektur – komplex und erfolgsentscheidend

Das Internet der Dinge ist ein spannendes Feld welches viele Möglichkeiten bietet, um Prozesse zu automatisieren und Entscheidungen aufgrund von Echtzeitdaten zu treffen. Die IoT-Architektur mit ihren verschiedenen Technologien und Komponenten macht das Internet der Dinge jedoch zu einem komplexen Ökosystem. Da nur wenige Unternehmen über das notwendige Fachwissen verfügen, ist eine Zusammenarbeit mit einem erfahrenen IoT-Partner sowie eine sorgfältige Planung und Abstimmung für eine erfolgreiche Implementierung unerlässlich.


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