Technologie

Netzrevolution.

Das Internet der Dinge («Internet of Things»), das uns über Maschinen und tragbare Minicomputer automatisch vernetzt, ist in aller Munde. Doch wem nutzt es? Und wie verändert es Business Intelligence?  

* Von Peter Welker und Guido Schmutz, Trivadis 

  

Das Internet Of Things (IoT) – also die Gesamtheit aller durch das Web und digitale Techniken vernetzten Maschinen und Gegenstände – benutzen wir bereits heute weitaus häufiger, als uns bewusst sein mag. Nicht nur die offensichtlichen «Dinge» wie Handys oder Tablets, Sportarmbänder und Smartwatches sind inzwischen Sensoren und Aktoren unseres täglichen Lebens. 

Auch die neuen Fernseher bieten zahlreiche internetbasierte Zusatzfunktionen vom Video-on-Demand bis hin zur Raum-überwachung. Die GPS-basierte Notruflösung im PKW kann unser Leben retten und bei einem Unfall selbsttätig ein Rettungsteam an die aktuelle Position des Fahrzeugs leiten. Darum wird sie ab 2018 für alle Neuzulassungen in der EU sogar zwingend vorgeschrieben.

Winzige, am Körper getragene Computer («Wearables») verschiedener Art zeichnen Blutdruck, Blutzuckerwert, Puls, Sauerstoffsättigung, Bewegung und Position auf. Die koordinierende Software berechnet daraus den Kalorienverbrauch und Fitness-Level, aber auch das persönliche Krankheits- und Unfallrisiko und leitet bei Bedarf Maßnahmen ein oder empfiehlt sportliche Aktivitäten und Ruhepausen. Automatisierungslösungen für das Heim überwachen und regeln die Temperatur, Beleuchtung und Musik, genauso wie etwa die Belüftung oder den Hauszugang. Weitere tiefgreifende Veränderungen reichen von selbstfahrenden Autos über Versicherungsbeiträge, die an den jeweiligen individuellen Lebensstil angepasst sind, bis zu Echtzeitverkehrsleitsystemen, die Stau und Schadstoffausstoß verhindern. 

Die Möglichkeiten des IoT sind enorm und könnten den Menschen erheblichen Nutzen bringen: von der Lebensrettung über gemeinschaftliche und persönliche Effizienz- und Komfortsteigerung bis hin zu spaßbringenden Spielereien. Der Phantasie sind kaum Grenzen gesetzt. 

Den Risiken durch Missbrauch aber – sowohl durch die Technik selbst als auch durch die via IoT gewonnenen Daten – kennen allerdings auch keine Grenzen. In den kommenden Jahren und Jahrzehnten müssen sich daher nicht nur die Industrie, sondern auch die Politik und Rechtswesen weltweit großen Herausforderungen stellen. 

Zudem konterkariert auf der technischen Seite eine fehlende, unzuverlässige oder extrem langsame Netzabdeckung die Zukunftspläne – und hinterlässt so einen eher zwiespältigen Eindruck. Dasselbe gilt für proprietäre, untereinander inkompatible Standards, die beispielweise in Bereichen der Heimautomatisierung immer wieder für Diskussionen sorgen, oder für den unzureichenden Zugriffsschutz. Und mobile Systeme, die ausschließlich online funktionieren und ihre Sensoraufzeichnungen nicht einmal solange lokal speichern, bis sie sich wieder in ein Netzwerk einwählen können, sind in manchen Fällen ebenfalls nur von begrenztem Nutzen. 

Daher muss gerade die IT durch die Entwicklung und den Einsatz effizienter und robuster Architekturen und sicherer, einheitlicher Standards ihren Teil dazu beitragen, dass das Internet of Things die heutigen und zukünftigen Anforderungen erfüllt. Es gilt, verschiedene Architekturvarianten zu analysieren und aufzuzeigen, für welche IoT-Arten die Anwendungen in der Praxis jeweils geeignet sind.

 

Traditionelle Architekturen.
Eines ist klar: Bis heute kann keine einzelne Architektur allen Anforderungen des Internet of Things gerecht werden. Und es ist auch nicht zu erwarten, dass dies in naher Zukunft anders sein wird. Zu vielfältig sind die Anwendungsfälle, die das IoT mit sich bringt. Gefordert ist eine modulare und skalierbare Architektur, die es ermöglicht, je nach Bedarf zusätzliche Komponenten hinzuzufügen.

Es braucht vor allem zwei Aspekte für ein IoT-System: das «Ding» selbst und eine serverseitige Infrastruktur, die das Ganze unterstützt. In Wirklichkeit wird aber oft noch eine dritte Komponente eingesetzt, ein Gateway das zwischen dem «Ding» und dem Backend-System eingefügt wird und Eigenschaften wie Nachrichten-Aggregation, Event-Processing und Netzwerk-Bridging unterstützt. Bei der serverseitigen Infrastruktur kann zusätzlich zwischen einer Cloud-basierten und einer Enterprise- oder On-Premise-Infrastruktur unterschieden werden. 

Es gibt im Wesentlichen fünf verschiedene Architekturstile, deren jeweilige Ausprägungen in der Abbildung unten detailliert dargestellt sind:

«Ding»-zentrisch: Die «Dinge» sind auf ihre Weise intelligent und speichern den größten Teil der Daten direkt bei sich auf dem Gerät. Sie agieren im Wesentlichen eigenständig und kommunizieren mit dem Internet nur zwecks zentraler Koordination und Verwaltung. 

Dieser Architekturstil eignet sich vor allem dann, wenn die «Dinge» auf bereits bestehenden Maschinen platziert werden, welche selbst groß und teuer genug sind, und ein zusätzlicher kleiner Computer dadurch nicht ins Gewicht fällt. Weil keine oder kaum Daten über ein öffentliches Netzwerk übertragen werden, ist die Datensicherheit bei diesem Architekturstil sehr hoch. Zudem werden dadurch die Kosten für die Kommunikation minimal gehalten – mit dem Nachteil, dass die Daten auch tatsächlich nur nahe bei den «Dingen» genutzt werden können und nicht zentral für Analysen zur Verfügung stehen. Andererseits steigen natürlich die Kosten und die Komplexität der dezentralen Systeme entsprechend. Anwendungsfälle für diesen Stil finden sich zum Beispiel in den Bereichen Fertigung, Logistik oder beim Transport.

 

Technologische Landkarte 

 

Gateway-zentrisch: Das Gateway (ein Rechner, der die Netze verbindet) enthält die Applikationslogik und speichert die Daten. Es übernimmt die Kommunikation über das Internet für die angeschlossenen «Dinge». Diese müssen nicht unbedingt intelligent sein und können daher mit relativ geringen Ressourcen auskommen, da das Gateway die notwendigen Dienste zur Verfügung stellt. Dadurch können die Kosten und die Komplexität der angeschlossenen Maschinen oder anderen Gegenstände stark reduziert werden. Ein Gateway kann als Verbindungsglied für verschiedene «Dinge» dienen, die sich über unterschiedliche Protokolle mit dem Gateway verbinden können. Durch Letzteres wird jedoch eine zusätzliche Schicht eingeführt, welche die Komplexität und Kosten des Systems erhöht – und eine Fehlerquelle hinzufügt. Zudem ist ein großer Teil der Applikationslogik immer noch dezentral. 

Dieser Stil eignet sich gut, um bereits vorhandene Geräte in die IoT-Welt zu migrieren. Anwendungsfälle sind Gebäude, ganze Städte (zum Beispiel die intelligente Parkplatzbewirtschaftung oder die Beleuchtung in einer «Smart City») sowie Elektrizitätsversorgungsunternehmen. 

 

Smartphone-zentrisch: Das Smartphone enthält genauso wie viele andere mobilee Geräte die Applikationslogik und kommuniziert mit dem Internet im Auftrag der «Dinge», die an das Smartphone angehängt sind. Diese Architektur geht davon aus, dass heute praktisch jeder Mensch im Besitz eines Smartphones ist. Hier handelt es sich um eine spezielle Ausprägung des Gateway-zentrischen Architekturstils – allerdings mit dem Unterschied, dass das Gateway selbst mobil ist. 

Die «Dinge» müssen bei dieser Variante nicht selbst intelligent sein, weil das Smartphone die komplexeren Dienste übernimmt. Die Kosten für die Kommunikation können reduziert werden, da das bereits bestehende Datenübertragungs-abonnement vom Smartphone (mit-)genutzt wird. Indessen funktionieren die «Dinge» nur dann, wenn sie sich in Reichweite zum Smartphone befinden. Sobald dieses nicht online ist, zum Beispiel weil der Akku leer ist, wird die Funktionalität der «Dinge» beeinträchtigt. 

Anwendungsfälle für diesen Architekturstil sind «Wearables», etwa die der Gesundheitsüberwachung dienenden Kleingeräte, die am Körper oder auf Kleidern getragen werden («Smart Health»).

 

Cloud-zentrisch: Eine Cloud-basierte Infrastruktur agiert als zentraler Hub, an den sich die Dinge andocken. Die Cloud ist für die Applikationslogik und die Datenspeicherung zuständig. Die «Dinge» selbst müssen nicht intelligent sein, sich jedoch über das Internet mit der Cloud verbinden können. Dieser Architekturstil konzentriert sich darauf, die Ressourcen einer Cloud-Infrastruktur so intensiv wie möglich für die Applikationslogik, die Datenspeicherung und die Datenanalyse zu nutzen. Dies entspricht im Wesentlichen der traditionellen Web-Architektur, bei der ein Browser mit einer zentralen Ressource verbunden ist – aber mit dem Unterschied, dass hier der «Client» im Netz nicht mehr der Mensch ist, sondern das «Ding». Experten sprechen bei dieser Variante auch vom «Web of Things». 

Dieser Architekturstil braucht zwingend eine stabile Verbindung mit dem Internet, und eine signifikante Menge von Daten wird stetig übertragen, was die Kosten für die Kommunikation entsprechend erhöht. Weil die Daten in der Cloud gehalten und über das Internet übertragen werden, beeinflusst dies die Datensicherheit. 

Und der Preisvorteil? Zwar sind die initialen Kosten wesentlich geringer, und das Modell skaliert sehr gut. Doch so nützlich die Cloud-Infrastruktur auch ist: Sie hat wiederkehrende Kosten zur Folge. 

Anwendungsfälle für diesen Architekturstil sind bei der Hausautomatisierung zu finden («Smart Homes»), wo sich die Geräte oder Appliances schon heute oft mit einer Cloud verbinden. Zudem könnte in Zukunft dieses Modell auch in Unternehmen genutzt werden, um weniger wichtige Geräte wie etwa Drucker oder Kopierer über Cloud-Dienste zu verwalten. 

 

Enterprise-zentrisch: Die «Dinge» befinden sich bei dieser Variante hinter einer Firewall und sind geographisch am selben Ort angesiedelt. Es gibt dadurch keinen oder kaum Bedarf, die Dinge über das Intranet hinaus zu verteilen. Daher ließe sich bei diesem Architekturstil auch vom «Intranet of Things» sprechen. Dieser Stil ist natürlich dann ideal, wenn die meisten «Dinge» sich in Reichweite und damit auf dem Unternehmensgelände befinden. Durch die kurzen Verbindungen lassen sich die Latenz bei der Datenübertragung reduzieren und somit die angeschlossenen Maschinen oder andere Gegenstände nahezu in Echtzeit kontrollieren und überwachen – was für viele Anwendungsfälle sehr wichtig ist. Weil Daten nicht über das Internet übertragen werden, lässt sich zwar die Datensicherheit erhöhen. Jedoch können die Kostenvorteile der Cloud nicht genutzt werden und notwendige Rechen- und Speicherkapazitäten müssen zentral verfügbar sein. Anwendungsfälle für diesen Architekturstil können Kliniken oder Industrieanlagen sein, die die Vorteile von verbundenen «Dingen» nutzen möchten, ohne dafür aber das Internet einbeziehen zu müssen. 

Diese fünf Architekturstile können als Modelle dienen und lassen sich in der Praxis beliebig in einer Gesamtarchitektur kombinieren. 

Für die Business Intelligence-Praxis bedeutet dies: Umfangreiche Analysen direkt auf tausenden heterogenen Geräte und IoT-Servern laufen zu lassen, also das IoT als analytische Plattform für übergreifende Abfragen zu nutzen, ist wegen der fehlenden Kompatibilität, Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit sehr ineffizient. 

Während der operative Betrieb der "Dinge" weitgehend lokal abläuft, müssen für rein analytische Applikationen die IoT-Daten in zentrale Lösungen integriert werden, um daraus wirklich Nutzen zu ziehen. Ganz gleich, ob es sich um rein analytische Prozesse handelt oder ob sie unmittelbares Feedback auf den operativen Betrieb der IoT-Infrastrukturen geben: Der geregelte, schnelle und sichere Zufluss von Informationen aus Geräten, Gateways und IoT-Servern ist essentiell. Hinzu kommt vermehrt die Einbindung externer Dienste, um eigene Daten mit aggregierten Daten von «Dingen» außerhalb des eigenen Einflussbereiches anzureichern. 

 

Fazit: Die großen technischen Herausforderungen sind sowohl die Entwicklung passender IoT-Schnittstellen als auch der Aufbau geeigneter – insbesondere skalierbarer – BI- und Big Data-Infrastrukturen sowie analytischer Applikationen zur Verarbeitung der neu gewonnenen Informationen. Die Architekturen selbst müssen Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Kompatibilität garantieren.             

 

Peter Welker ist Senior Principal Consultant und Partner bei Trivadis. Der studierte Medizininformatiker arbeitet seit 20 Jahren im Bereich diverser Datenbanken wie etwa Oracle oder MySQL. Guido Schmutz ist Technology Manager und Partner bei Trivadis. Sein Schwerpunkt liegt auf der Architektur und Umsetzung moderner Softwarelösungen

 

Guido Schmutz ist Technology Manager und Partner bei Trivadis. Sein Schwerpunkt liegt auf der Architektur und Umsetzung moderner Softwarelösungen.

 

Quelle: BUSINESS INTELLIGENCE MAGAZINE, www.bi-magazine.net 
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