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Internet of Things (IoT)
Potentiale und Grenzen für die Lebensmittelindustrie
Unser Autor: Prof. Bernhard Gatternig, HOCHSCHULE WEIHENSTEPHAN·TRIESDORF, Fakultät Umweltingenieurwesen,
Verfahrenstechnik und Kreislaufwirtschaft
IIm Zuge der voranschreitenden Digitalisierung
und der Verbreitung
Cloudbasierter Systeme kam um die
Jahrtausendwende der Begriff Internet
of Things (IoT) auf, welcher das Internet,
das von Menschen benutzt wird und Computer
untereinander vernetzt, um die Interaktion
von Dingen, z.B. Maschinen erweitern
soll. Es entsteht dadurch ein Ökosystem aus
miteinander verbundenen, eindeutig identifizierbaren
physikalischen Geräten und
Softwarekomponenten, welche die Fähigkeit
haben, Daten mit anderen Geräten über
ein Netzwerk mit begrenztem menschlichen
Eingriff auszutauschen, zu analysieren
und daraus Endscheidungen abzuleiten. Die
Internet of Things Global Standards Initiative
(IoT-GSI) definiert IoT als “a global infrastructure
for the information society, enabling
advanced services by interconnecting
(physical and virtual) things based on existing
and evolving interoperable information
and communication technologies”. Wichtig
ist dabei, dass diese nahtlose Verknüpfung
von physischer Welt und Cyberwelt eine
Verbindung von inherent heterogenen Geräten
schafft, die von winziger, in Produkte
eingebetteter Elektronik bis hin zu großen
automatisierten Gebäuden, Fahrzeugen
und allem, was dazwischen liegt, reichen.
10 8 2021 | moproweb.de
Der technologische Durchbruch von IoTSystemen
fußt auf der vorangegangenen
Entwicklung einer Reihe von essentiellen
Technologietreibern („Key Enablers“) 1. Zunächst
wäre hierbei (i) die Miniaturisierung
zu nennen. Erst durch die Verfügbarkeit von
Low cost Electronik-Komponenten, die Steigerung
der spezifischen Rechenleistung,
als Sensoren oder Aktoren einsetzbare
Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS)
und die damit einhergehende Komponentenintegration
(System on Chip/System
on Module) konnten die Geräte in der geforderten
großen Anzahl zu niedrigen Kosten
die notwendigen Funktionen erfüllen. Mit
der Komponentenintegration ging auch
(ii) die Entwicklung Cyber-Physikalische
Systeme einher, also IT-Systemen, die mit
ihrer Umgebung interagieren können (z.B.
Embedded Systems mit Mikroprozessor
und I/O Ports für Feldebene, Integrierte
Sensoren auf MEMS-Basis, oder Digitale
Bildverarbeitung). Einen wesentlichen Anteil
hatte auch der Fortschritt im Bereich
(iii) Drahtlose Kommunikation, wodurch die
notwendigen Übertragungsraten, Reichweiten,
Energieeffizienzen, aber auch die
Cyber-Sicherheit für die Umsetzung von
IoT-Systemen erreicht wurden. Schließlich
ermöglichten (iv) das Cloud computing und
(v) Big data Technologien erst die Auswertung
und Interpretation der in massiven IoT
Netzen anfallenden, großen Datenmengen.
Als Anforderungen an ein IoT-Konzept werden
drei Punkte formuliert. Es erfordert
eine gemeinsame Verständigung zwischen
den Geräten, eine gängige robuste, sichere
Software-Architektur, um Informationen
an die relevanten Stellen übermitteln zu
können, und die Analyse dieser Informationen,
damit das System autonom und smart
agieren kann (siehe Abbildung 1) 2.
Für die Auswahl der drahtlosen Kommunikation
gilt es dabei anwendungsbezogen
einen Kompromiss aus folgenden grundlegende
Abwägungen zu treffen:
• Reichweite vs. Übertragungsrate/
Datenvolumen
• Latenzzeit (Reaktionszeit des
Systems: schnelllaufender Motor
vs. Tunnelofen)
• Energieversorgung (Batterie-/
Akkulaufzeit)
• Rechenleistung
• Anzahl der Teilnehmer
• Datensicherheit (Sichere Übertra-
gung – Quality of Service QoS,
Zugriffsrechte, Verschlüsselung)
Für die physikalische Verbindung der Geräte
haben sich eine Reihe von schnellen, ener
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