Seit mehr als zwei Jahrzehnten hat das Internet der Dinge (IoT) Branchen durch die Möglichkeit zur Fernüberwachung, Analyse und Steuerung von Geräten revolutioniert. Die Einsatzmöglichkeiten für das IoT nehmen ständig zu, und weltweit gibt es bereits Milliarden von vernetzten Geräten.
Aber während das IoT viele neue Möglichkeiten eröffnet hat, bringt es auch neue Herausforderungen für Entwickler, Hersteller und Kunden mit sich.
Doch welche Herausforderungen gibt es, und wie können die heutigen IoT-Technologien bei der Lösung dieser helfen? In diesem Artikel werden wir uns mit den sieben Hauptproblemen befassen, denen das IoT heute gegenübersteht, und den Technologien, die diese Herausforderungen angehen.
1. IoT-Sicherheit
Schon immer waren IoT-Geräte anfällig für Cyberangriffe. Es gibt unzählige Beispiele dafür, dass IoT-Geräte in Botnets integriert wurden (wie das berüchtigte Mirai-Botnetz) oder gehackt wurden, um Netzwerke missbräuchlich zu nutzen oder auf andere Teile dieser Netzwerke zuzugreifen. Diese Probleme werden leider nicht einfach verschwinden, da es sich um ein inhärentes Problem von IoT-Geräten handelt.
IoT-Geräte haben oft eine begrenzte Stromversorgung und müssen mit einer einzigen Batterieladung jahrelang im Außengelände funktionieren. Daher müssen sie Daten mit wenig Strom übertragen und empfangen können. Das Hinzufügen von Verschlüsselung, Authentifizierung und Sicherheitsprotokollen kann den Stromverbrauch von Datenübertragungen erheblich erhöhen, sodass viele IoT-Geräte über diese Funktionen nicht verfügen.
Darüber hinaus ist es nahezu unvermeidlich, dass im Laufe der Zeit neue Schwachstellen in der Geräte-Firmware entdeckt werden, da neue Technologien und Techniken auftauchen, um vorher unbekannte Lücken auszunutzen. Ohne Updates bleiben diese Schwachstellen bestehen und sorgen für eine erhöhte Vulnerabilität der Geräte für den Rest ihrer Lebensdauer. IoT-Geräte sind in der Regel geographisch zu sehr verteilt, als dass Hersteller-Updates vor Ort durchgeführt werden können und Remote-Firmware-Updates können erheblichen Stromverbrauch verursachen, wenn das Gerät nicht über ausreichende Datenübertragungsraten verfügt.
Wenn die IoT-Geräte dann möglicherweise noch auf die Netzwerkinfrastruktur der Endbenutzer (wie WiFi) angewiesen sind, kommt es leicht zu einer Verkettung unglücklicher Umstände. Das Gerät wird immer anfälliger für Cyberangriffe und kann dazu verwendet werden, auf andere Geräte und Anwendungen im Netzwerk zuzugreifen.
Die Lösung
Glücklicherweise implementieren Low-Power-Konnektivitätslösungen fortlaufend neue Sicherheitstechnologien. Hier ist das mobilfunkbasierte IoT besonders wertvoll. Mobile Netzwerke authentifizieren Geräte über SIM-Karten, und Sicherheitsfunktionen wie IMEI-Sperren stellen sicher, dass nur das vorgesehene Gerät eine bestimmte SIM-Karte verwenden kann. Mobilfunk-Netzwerke ermöglichen zudem die Durchführung von Remote-Firmware-Updates bei minimalem Stromverbrauch. Darüber hinaus können Anbieter wie emnify Sicherheitslücken mit VPN-Funktionen (Virtual Private Network) schließen, die eine größere Kontrolle über die Kommunikation der verbundenen Geräte ermöglichen.
2. Netzabdeckung
Um Daten senden und empfangen zu können, benötigen IoT-Geräte eine Netzwerkverbindung. Verlieren sie die Verbindung, ist auch die Funktionalität des Geräts verloren. Es gibt verschiedene Arten, Geräte mit dem IoT zu verbinden, und die jeweils gewählte Lösung kann stark einschränken, wo die Geräte eingesetzt werden können. Daher ist das Thema Netzabdeckung eine ständige Herausforderung für das IoT.
Zum Beispiel ist WiFi eine gängige Wahl für IoT-Konnektivität. Aber die Geräte können nur innerhalb der kurzen Reichweite eines Routers betrieben werden, und die Geräte können nur an Standorten genutzt werden, an denen WiFi verfügbar ist. Wenn eine WiFi Infrastruktur nicht verfügbar ist, muss entweder in den Aufbau investiert werden, oder die Geräte müssen mit einer Backup-Lösung ausgestattet werden.
Die Lösung
Mehrere Technologien bieten eine breite Abdeckung, sodass IoT-Geräte auch noch mit einigen Kilometern Entfernung zur Netzwerkinfrastruktur betrieben werden können. Während Mobilfunknetzwerke die beliebteste Option sind, gibt es auch Low Power Wide Area Networks (LPWANs) wie Sigfox und LoRaWAN. In den kommenden Jahren wird voraussichtlich auch die Satellitenkonnektivität, die eine noch größere räumliche Unabhängigkeit bietet, häufiger verwendet werden.
3. Skalierbarkeit
IoT-Unternehmen haben oft Hunderte oder Tausende Geräte im Einsatz, die größten IoT-Anbieter weltweit sogar Millionen. Bei der Skalierung stellen sie ihr IoT-Ökosystem oft Stück für Stück zusammen, was in jeder Region zu verschiedenen Konnektivitätslösungen führt. Jede dieser Lösungen hat unterschiedliche Managementplattformen, Supportsysteme und zugrunde liegende Technologien. Wenn dann grundlegende Änderungen am Produkt vorgenommen werden müssen, um eine neue Konnektivitätslösung zu unterstützen, werden mehrere SKUs für ein einziges Produkt benötigt. Das Gerätemanagement und die Logistik nehmen so schnell überwältigende Ausmaße an.
Dies ist selbst bei Mobilfunk-IoT ein Problem, bei dem die Konnektivität weltweit verfügbar ist, aber von unterschiedlichen Mobilfunknetzbetreibern (MNOs) betrieben wird. Um sich mit einem neuen Netzbetreiber zu verbinden, benötigt man einen Anbieter mit Roaming-Vereinbarungen mit diesem Netzbetreiber oder eine neue SIM-Karte.
Die Lösung
Globale IoT-Lösungen wie emnify umgehen diese Herausforderung, indem sie Vereinbarungen mit Netzbetreibern auf der ganzen Welt treffen. Mit einer einzigen emnify SIM-Karte können Ihre Geräte sich mit mehr als 540 Netzwerken in über 190 Ländern verbinden.
4. Interoperabilität
Eine der Eigenschaften des IoT ist die scheinbar endlose Möglichkeit, Technologie-Stacks auf individuelle Anforderungen zuzuschneiden. Die Herausforderung dabei ist, dass nicht alle IoT-Geräte, -Lösungen und Geschäftsanwendungen miteinander kompatibel sind. Das Hinzufügen neuer Hardware und Software kann eine Kettenreaktion von Änderungen auslösen, um die benötigte Funktionalität beizubehalten und gleichzeitig die neue Technologie zu integrieren.
Des Weiteren können Interoperabilitätsprobleme bei Open Source-Technologien auftreten, falls diese keine Regulierungsstelle haben, die einen klaren universellen Standard schafft. Dann kann es dazu kommen, dass verschiedene Unternehmen und/oder Länder unterschiedliche Variationen der Open Source-Technologie verwenden. Dies erschwert das Hinzufügen von Technologie von einem anderen Anbieter oder die Bereitstellung Ihrer IoT-Lösung in einem neuen Land. Auch wenn es nicht jede IoT-Anwendung betrifft, muss die Übernahme universeller Standards in einigen Branchen vorangetrieben werden, um die Interoperabilität zu verbessern.
Die Lösung
Glücklicherweise sind die meisten Komponenten eines IoT-Stacks relativ einfach gegen andere Technologien austauschbar. Und der Trend in der Branche besteht darin, IoT-Lösungen so vielseitig wie möglich zu gestalten, indem die Integration so einfach wie möglich gemacht wird.
5. Bandbreitenverfügbarkeit
Die Radiofrequenz (RF)-Bandbreite ist eine begrenzte Ressource, die die ganze Welt teilen muss. Auch mit Milliarden von verbundenen Geräten gibt es mehr als genug davon. Aber wenn zu viele dieser Geräte die gleichen Frequenzbänder am gleichen Ort nutzen, stören sich ihre Signale gegenseitig.
Ein häufiges Beispiel dafür ist WiFi in Mehrfamilienhäusern. Jeder Bewohner mit einem WiFi-Router erstellt ein separates Netzwerk, das die gleichen Frequenzen (in der Regel 5 GHz oder 2,4 GHz) verwendet. Da sie so nah beieinander sind (in einigen Fällen auf beiden Seiten der gleichen Wand), können sich ihre Signale bei gleichzeitiger Nutzung leicht gegenseitig stören.
Im IoT sind oft Tausende von verbundenen Geräten relativ nah beieinander platziert. Wenn weiterhin Milliarden neuer Geräte hinzukommen, wird das RF-Spektrum zunehmend überfüllt sein. Hersteller müssen sich über Signalstörungen und die begrenzte Bandbreiten-Verfügbarkeit bewusst sein und glücklicherweise gibt es bereits mehrere Lösungsansätze dafür.
Die Lösung
MNOs weltweit bezahlen für eine Lizenz, die bestimmte Segmente des RF-Spektrums praktisch privatisiert, ähnlich einer Mautstraße auf einer Autobahn. Dadurch können nur ihre eigenen Kunden auf diese Bandbreite zugreifen. Verschiedene MNOs, die im selben Gebiet tätig sind, haben jeweils ihre eigenen lizenzierten Bänder, was die Wahrscheinlichkeit von Störungen verringert.
Einige IoT-Lösungen wie LoRaWAN nutzen unlizenzierte Bänder, die der Öffentlichkeit zur Verfügung stehen. Diese können in stark frequentierten Gebieten zwar anfällig für Störungen sein, trotzdem kann diese Flexibilität Unternehmen helfen, ihre Geräte nicht auf bereits überfüllten lizenzierten Bändern zu konzentrieren.
Mit neuen IoT-Technologien ergeben sich auch effizientere Möglichkeiten, Bandbreite zu nutzen. Narrowband IoT ist beispielsweise eine mobile Netzwerktechnologie, die engere Bänder nutzt, einschließlich der "Guard-Bands", die normalerweise als ungenutzte Lücken zwischen Netzwerken dienen. Auch wenn 5G noch nicht für den weit verbreiteten Einsatz im IoT bereit ist, wird es Unternehmen in naher Zukunft den Zugang zu einem viel größeren Bereich des RF-Spektrums ermöglichen. Dadurch können IoT-Geräte auf mehr Frequenzen verteilt werden.
6. Begrenzte Batterielebensdauer
Die meisten IoT-Geräte haben kleine Batterien, da diese selbst oft unglaublich klein sind und die neuen Generationen von IoT-Technologien weiterhin immer kleiner und effizienter werden. Größere Batterien könnten die Einsatz- und Installationsmöglichkeiten eines Geräts einschränken. Wenn man beispielsweise einen Sensor für Predictive Maintenance (oder zu deutsch: vorausschauende Wartung) mit einer größeren Batterie hat, könnte dies verhindern, dass der Sensor dort installiert wird, wo er am besten vor extremen Temperaturen, Schmutz, Stößen und anderen schädlichen Bedingungen geschützt wäre.
Für Geräte, die den Großteil ihrer Lebensdauer im Außenbereich ohne externe Stromquelle verbringen, ist die Batterie darauf ausgelegt, mehrere Jahre lang zu halten. Dies ist jedoch nur möglich, wenn die regulären Betriebsabläufe des Geräts einen minimalen Stromverbrauch aufweisen, wohingegen das Übertragen oder Empfangen von Daten über längere Zeiträume zu viel Batterie verbraucht.
Die Lösung
Neuere Netzwerktechnologien wie NB-IoT und LTE-M verfügen über energieeffiziente Funktionen wie den Power-Saving-Modus (PSM) und die Discontinuous Reception (DRX). Diese Funktionen können die Batterielebensdauer von IoT-Geräten auf 10 Jahre oder mehr verlängern. Aber viele ältere Technologien, die heute noch verwendet werden, verfügen nicht über diese Funktionen und lassen Unternehmen zwischen zu wenig Daten-Durchsatz und zu hohem Stromverbrauch wählen.
Eine weitere Möglichkeit, die Batterien effizienter zu nutzen, besteht darin, spezialisierte IoT-Router und -Gateways einzusetzen. Diese Netzwerkinfrastrukturkomponenten können als Vermittler zwischen IoT-Geräten und den Anwendungen und Netzwerkentitäten dienen, mit denen sie kommunizieren müssen. Gateways oder Router können die komplexeren Protokolle und Sicherheitsprozesse wie Verschlüsselung und Authentifizierung unterstützen und so den Stromverbrauch der Geräte minimieren.
7. Remote-Zugriff
Die Art der Konnektivität, die ein IoT-Gerät verwendet, kann beeinflussen, wie auf das Gerät zugegriffen werden kann. Bei einer WiFi- oder Ethernet-Verbindung auf Kundenseite zum Beispiel, benötigen Support-Mitarbeiter entweder VPN-Berechtigungen oder müssen sich vor Ort befinden. Vor-Ort-Besuche sind sehr teuer, lassen sich aber nicht vermeiden, wenn dies die einzige Möglichkeit ist, Probleme zu beheben oder Geräte zu aktualisieren.
Die Fähigkeit zum Remote-Zugriff senkt die Kosten für Support und Wartung drastisch und ermöglicht einfachere Firmware-Updates in beliebiger Größenordnung, wobei vielen IoT-Konnektivitätslösungen dafür die entsprechende Datenübertragungsrate fehlt. Schon ein einzelnes Firmware-Update über ein Netzwerk mit geringer Datenübertragungsrate verbraucht zu viel Strom für batteriebetriebene Geräte.
Hier kommt die Stärke der mobilen Konnektivität ins Spiel. Mobile Netzwerke bieten die erforderliche Datenübertragungsrate, um Updates effizient an Ihre Geräte zu senden, sowie die erforderliche Technologie für einen sicheren Remote-Zugriff über VPNs.
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