1. Definition

Das Internet der Dinge (IoT) ist das „Internet, das alles verbindet“ und eine Erweiterung des Internets. Es kombiniert verschiedene Informationserfassungsgeräte mit dem Netzwerk zu einem riesigen Netzwerk, das die Vernetzung von Menschen, Maschinen und Dingen jederzeit und überall ermöglicht.

Das Internet der Dinge (IoT) ist ein wichtiger Bestandteil der neuen Generation der Informationstechnologie. Die IT-Branche spricht auch von Vernetzung, also der Vernetzung von Dingen und allem. Daher bedeutet „Internet der Dinge“ das Internet der vernetzten Dinge. Dies hat zwei Bedeutungen: Erstens bildet das Internet weiterhin den Kern und die Grundlage des IoT und stellt ein erweitertes Netzwerk dar. Zweitens ermöglicht die Client-Seite den Informationsaustausch und die Kommunikation zwischen beliebigen Objekten. Das IoT definiert sich daher als die Vernetzung von Objekten mit dem Internet mittels RFID, Infrarotsensoren, GPS und Laserscannern. Durch die Nutzung von Technologien wie RFID, Infrarotsensoren, GPS und anderen Sensoren werden Informationen ausgetauscht und kommuniziert, um die intelligente Identifizierung, Lokalisierung, Verfolgung, Überwachung und Verwaltung eines Netzwerks zu realisieren.

2. Schlüsseltechnologie

2.1 Radiofrequenzidentifikation

RFID ist ein einfaches drahtloses System, bestehend aus einem Lesegerät und mehreren Transpondern (Tags). Die Tags setzen sich aus Kopplungskomponenten und Chips zusammen. Jeder Tag verfügt über einen einzigartigen elektronischen Code mit erweiterten Einträgen, der am Objekt angebracht ist, um dieses zu identifizieren. Er sendet Funkfrequenzinformationen über die Antenne an das Lesegerät, welches diese Informationen ausliest. Die RFID-Technologie ermöglicht es Objekten, „zu kommunizieren“. Dies verleiht dem Internet der Dinge (IoT) eine Nachverfolgbarkeit. So können Nutzer jederzeit den genauen Standort von Objekten und deren Umgebung ermitteln. Analysten von Sanford C. Bernstein schätzen, dass diese Funktion des IoT-RFID Wal-Mart jährlich 8,35 Milliarden US-Dollar einsparen könnte, größtenteils an Arbeitskosten, da die manuelle Überprüfung eingehender Codes entfällt. RFID hat dem Einzelhandel geholfen, zwei seiner größten Probleme zu lösen: Warenengpässe und Verschwendung (Produktverluste durch Diebstahl und Unterbrechungen der Lieferketten). Allein durch Diebstahl verliert Wal-Mart jährlich fast 2 Milliarden US-Dollar.

2.2 Mikroelektromechanische Systeme

MEMS steht für mikroelektromechanische Systeme. Es handelt sich um ein integriertes Mikrogerätesystem, bestehend aus Mikrosensoren, Mikroaktoren, Signalverarbeitungs- und Steuerschaltungen, Kommunikationsschnittstellen und Stromversorgung. Ziel ist die Integration von Informationserfassung, -verarbeitung und -ausführung in ein multifunktionales Mikrosystem, das in ein größeres System eingebunden wird, um den Automatisierungsgrad, die Intelligenz und die Zuverlässigkeit des Systems deutlich zu verbessern. MEMS sind vielseitig einsetzbare Sensoren. Da sie Alltagsgegenständen neues Leben einhauchen, verfügen sie über eigene Datenübertragungskanäle, Speicherfunktionen, Betriebssysteme und spezialisierte Anwendungen und bilden so ein weitverzweigtes Sensornetzwerk. Dies ermöglicht es dem Internet der Dinge, Menschen über Objekte zu überwachen und zu schützen. Im Falle von Trunkenheit am Steuer könnten beispielsweise Auto und Zündschlüssel mit winzigen Sensoren ausgestattet werden. Sobald der betrunkene Fahrer den Schlüssel abzieht, erkennt der Geruchssensor Alkoholgeruch am Schlüssel. Ein Funksignal signalisiert dem Fahrzeug sofort, den Motor nicht zu starten, und das Auto wird gestoppt. Gleichzeitig „befahl“ er dem Handy des Fahrers, SMS an dessen Freunde und Verwandte zu senden, um sie über den Standort des Fahrers zu informieren und sie daran zu erinnern, sich schnellstmöglich darum zu kümmern. Das ist das Ergebnis davon, dass wir in der Welt des Internets der Dinge zu „Dingen“ geworden sind.

2.3 Maschine-zu-Maschine/Mensch

M2M (Machine-to-Machine/Mensch) ist eine vernetzte Anwendung und ein Dienst, dessen Kern die intelligente Interaktion von Maschinenterminals bildet. Dadurch wird die intelligente Steuerung von Objekten ermöglicht. Die M2M-Technologie umfasst fünf wichtige technische Komponenten: Maschine, M2M-Hardware, Kommunikationsnetzwerk, Middleware und Anwendung. Basierend auf einer Cloud-Computing-Plattform und einem intelligenten Netzwerk können Entscheidungen auf Grundlage der von einem Sensornetzwerk erfassten Daten getroffen und das Verhalten von Objekten zur Steuerung und Rückmeldung angepasst werden. Beispielsweise tragen ältere Menschen zu Hause Smartwatches mit integrierten Sensoren, während Kinder von anderen Orten aus jederzeit über ihr Mobiltelefon den Blutdruck und den Herzschlag ihrer Eltern überwachen können. Wenn der Besitzer arbeitet, schalten Sensoren automatisch Wasser, Strom, Türen und Fenster ab und senden regelmäßig Benachrichtigungen an sein Mobiltelefon, um ihn über die Sicherheitslage zu informieren.

2.4 Cloud Computing

Cloud Computing zielt darauf ab, eine Vielzahl kostengünstiger Recheneinheiten über ein Netzwerk zu einem leistungsstarken System zu integrieren und mithilfe fortschrittlicher Geschäftsmodelle Endnutzern den Zugriff auf diese Rechenkapazität zu ermöglichen. Ein Kernkonzept des Cloud Computing besteht darin, die Verarbeitungskapazität der „Cloud“ kontinuierlich zu verbessern, die Belastung der Endgeräte zu reduzieren und diese letztendlich zu einfachen Eingabe- und Ausgabegeräten zu vereinfachen. So können Nutzer die hohe Rechenleistung der „Cloud“ bedarfsgerecht nutzen. Die Bewusstseinsschicht des Internets der Dinge erfasst große Datenmengen, überträgt diese über die Netzwerkschicht auf eine Standardplattform und verarbeitet sie anschließend mithilfe von Hochleistungs-Cloud-Computing. Dadurch werden die Daten intelligent und schließlich in nutzbare Informationen für Endnutzer umgewandelt.

3. Anwendung

3.1 Smart Home

Das Smart Home ist die grundlegende Anwendung des Internets der Dinge (IoT) im Haushalt. Dank der Verbreitung von Breitbanddiensten sind Smart-Home-Produkte in allen Bereichen präsent. Selbst wenn niemand zu Hause ist, kann man die intelligente Klimaanlage per Smartphone oder anderen Client-Geräten fernsteuern, die Raumtemperatur anpassen und sogar die Gewohnheiten der Nutzer lernen, um eine automatische Temperaturregelung zu ermöglichen. So können die Nutzer im Sommer angenehm kühl nach Hause kommen. Über den Client lassen sich intelligente Glühbirnen ein- und ausschalten sowie Helligkeit und Farbe steuern. Steckdosen mit integriertem WLAN ermöglichen die zeitgesteuerte Ein- und Ausschaltung per Fernzugriff und die Überwachung des Stromverbrauchs von Geräten. Die erstellten Stromdiagramme geben Aufschluss über den Verbrauch und helfen, Ressourcen und Budget zu optimieren. Intelligente Waagen überwachen die Trainingserfolge. Intelligente Kameras, Fenster- und Türsensoren, smarte Türklingeln, Rauchmelder, Alarmanlagen und andere Sicherheitsüberwachungsgeräte sind für Familien unverzichtbar. So können Sie jederzeit und überall die Situation in jedem Winkel Ihres Zuhauses überprüfen und mögliche Sicherheitsrisiken frühzeitig erkennen. Das scheinbar eintönige Familienleben ist dank des Internets der Dinge entspannter und schöner geworden.

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3.2 Intelligente Transportsysteme

Die Anwendung von IoT-Technologien im Straßenverkehr ist relativ ausgereift. Mit der zunehmenden Verbreitung von E-Autos sind Verkehrsstaus und sogar Verkehrskollaps in Städten zu einem großen Problem geworden. Die Echtzeitüberwachung des Straßenverkehrs und die zeitnahe Informationsübermittlung an die Fahrer ermöglichen es ihnen, ihre Route rechtzeitig anzupassen und so den Verkehrsdruck effektiv zu verringern. An Autobahnkreuzungen werden automatische Mautsysteme (ETC) installiert, die das Ausleihen und Zurückgeben von Karten an Ein- und Ausfahrten überflüssig machen und die Verkehrseffizienz verbessern. Das in Bussen installierte Ortungssystem kann die Busroute und die Ankunftszeit in Echtzeit ermitteln, sodass Fahrgäste ihre Reise entsprechend planen und unnötige Zeitverluste vermeiden können. Mit der Zunahme von E-Autos steigt neben dem Verkehrsdruck auch die Parkplatzsituation. Viele Städte haben intelligente Parkraummanagementsysteme eingeführt, die auf einer Cloud-Computing-Plattform basieren und IoT-Technologien mit mobilen Bezahlsystemen kombinieren, um Parkressourcen gemeinsam zu nutzen, die Auslastung zu verbessern und den Nutzerkomfort zu erhöhen. Das System ist sowohl mit Mobiltelefonen als auch mit RFID-Technologie kompatibel. Mithilfe der mobilen App-Software können Parkinformationen und die Parkposition zeitnah erfasst, Reservierungen im Voraus vorgenommen und Zahlungen sowie andere Vorgänge durchgeführt werden, wodurch das Problem des „schwierigen Parkens“ weitgehend gelöst wird.

3.3 Öffentliche Sicherheit

In den letzten Jahren treten globale Klimaanomalien häufiger auf, und die Plötzlichkeit und Schädlichkeit von Katastrophen nehmen weiter zu. Das Internet ermöglicht die Echtzeitüberwachung von Umweltrisiken, präventive Maßnahmen, Frühwarnungen und rechtzeitiges Eingreifen, um die Bedrohung von Menschenleben und Eigentum durch Katastrophen zu reduzieren. Bereits 2013 schlug die Universität Buffalo das Tiefsee-Internet-Projekt vor, das speziell entwickelte Sensoren in der Tiefsee einsetzt, um Unterwasserbedingungen zu analysieren, Meeresverschmutzung zu verhindern, Meeresbodenressourcen zu erfassen und sogar zuverlässigere Tsunami-Warnungen zu ermöglichen. Das Projekt wurde erfolgreich in einem lokalen See getestet und bildete die Grundlage für die weitere Expansion. Die Technologie des Internets der Dinge (IoT) kann Indexdaten von Atmosphäre, Boden, Wäldern, Wasserressourcen und anderen Aspekten intelligent erfassen und spielt damit eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der menschlichen Lebensumwelt.