Ein umfassender Leitfaden zu IoT-Protokollen

Wenn Netzwerkelemente wie Server, Gateways, Router, Anwendungen und verbundene Geräte miteinander interagieren, geben Protokolle ihnen eine gemeinsame Sprache. Ein Protokoll ist eine Reihe von Regeln, die beide Netzwerkelemente gemeinsam haben müssen, um miteinander kommunizieren zu können. Die Protokollspezifikation legt fest, wie ihre Interaktionen aussehen, welche Werte und Attribute übertragen werden können, wie sie empfangen und verarbeitet werden, welche Sicherheitsmethoden verwendet werden und mehr. 

Im Internet der Dinge (IoT) bestimmt die Komplexität der Anforderungen des Anwendungsfalls die Protokolle. Die Protokolle helfen zum Beispiel Daten zu priorisieren, die sich auf Service und Leistung auswirken, wie Geschwindigkeit, Fehlererkennung, Stromersparnis oder Sicherheit.

Einige Telekommunikationsprotokolle werden seit Jahrzehnten verwendet, wie IP (Internet Protocol) oder GSM (Global System for Mobile Communications), und Ingenieure haben diese und weitere Protokolle im Laufe der Zeit an neue Geräte und IoT-Anwendungsfälle angepasst. Andere sind neuere Entwicklungen, die aus hochspezifischen IoT-Anwendungsfällen entstanden sind, wie das OCPP (Open Charge Point Protocol), mit dem Ladestationen für Elektrofahrzeuge mit einem zentralen System interagieren können.

Da das IoT weiterhin wächst und neue Geräte und Anwendungsfälle entstehen, werden voraussichtlich auch weitere spezialisierte IoT-Protokolle entstehen. Gleichzeitig werden veraltete Protokolle einfach nicht mehr verwendet.

In diesem Leitfaden behandeln wir über 40 der beliebtesten IoT-Protokolle in verschiedenen Netzwerkschichten, welchen Anwendungsfall diese adressieren und wie sie sich auf verbundene Geräte auswirken.

• IoT-Anwendungsprotokolle  
• Branchenspezifische IoT-Anwendungsprotokolle  
• IoT-Protokolle in der Unterhaltungselektronik  
• IoT-Transportprotokolle
• IoT-Protokolle für die Vermittlungsschicht
• IoT-Protokolle für die Bitübertragungs- und Sicherungsschicht 
• IoT-Sicherheitsprotokolle

Wenn Sie besprechen möchten, wie Ihre IoT-Konnektivitätslösung die für Sie verfügbaren Protokolle beeinflusst, wenden Sie sich gerne an unsere IoT-Experten. 

IoT-Anwendungsprotokolle  

Die Anwendungsschicht eines Netzwerks ermöglicht es Netzwerkelementen, sich gegenseitig zu identifizieren und miteinander zu interagieren.

MQTT (Message Queueing Telemetry Transport)

MQTT ist ein leichtgewichtiges Kommunikationsprotokoll, das speziell für IoT- und M2M-Anwendungen entwickelt wurde. Es eignet sich ideal für entfernte Umgebungen oder Anwendungen mit begrenzter Bandbreite. MQTT verwendet eine verbindungsorientierte Publish/Subscribe-Architektur, bei der MQTT-Anwendungen entweder Themen (Topics) veröffentlichen (senden) oder abonnieren (empfangen) können, und ein MQTT-Broker leitet die Informationen vom sendenden Client an den abonnierenden Client weiter.

Als Beispiel einer MQTT-Anwendung können wir eine Ölplattform nehmen, die durch einen Predictive Maintenance-Sensor überwacht wird. Der Sensor ist der MQTT-Client und "veröffentlicht" den Vibrationspegel an den MQTT-Broker, der die MQTT-Nachricht an eine Softwareanwendung weiterleitet, die das Thema "Vibrationen" abonniert hat. Diese Anwendung kann dann bei Überschreitung eines Schwellenwerts einen Alarm auslösen.

HTTP (HyperText Transfer Protocol) 

Das Hypertext Transfer Protocol ist das am weitesten verbreitete Protokoll zur Navigation im Internet und zur Bereitstellung von Daten über REST-APIs. Der Hauptvorteil der Verwendung von HTTP für das Internet der Dinge besteht darin, dass Webanwendungs-Entwickler denselben Mechanismus verwenden können, um Daten an einen Webserver zu senden – über einen HTTP POST-Befehl.

Die Nachteile sind, dass HTTP eine verbindungslose Kommunikation verwendet, was bedeutet, dass jede Nachricht Authentifizierungsinformationen enthalten muss – was zu höherem Daten- und Energieverbrauch führt. Dennoch kann HTTP für Anwendungsfälle ideal sein, bei denen weniger Daten- und Batterieeinschränkungen bestehen und Geräte bereits bestehende REST-APIs aufrufen müssen.

Wie MQTT und MQTT über WebSocket wird auch HTTP von standardmäßigen IoT Cloud-Services wie AWS IoT und Azure IoT unterstützt. 

WebSocket

WebSocket ist ein bidirektionales Kommunikationsprotokoll, das entwickelt wurde, um große Datenmengen in Webanwendungen zu senden. Ein WebSocket stellt eine Verbindung zwischen Client und Server her, und nach dem Initialisieren der Verbindung hat jede einzelne Nachricht nur einen kleinen Overhead. Geräte und Server können gleichzeitig Daten in Echtzeit senden und empfangen, wodurch dieses Protokoll am besten für IoT-Anwendungen geeignet ist, bei denen geringe Latenz wichtig ist, die Kommunikation häufig stattfindet und der Datenverbrauch weniger wichtig ist.

AMQP (Advanced Message Queuing Protocol) 

AMQP ist ein Open Source-Protokoll für Message-Oriented Middleware (MOM). Es wurde entwickelt, um die Kommunikation zwischen Systemen, Geräten und Anwendungen verschiedener Anbieter zu erleichtern und wurde nicht direkt für IoT entwickelt. Im Gegensatz zu MQTT unterstützt es mehr Routing-Optionen als nur das Veröffentlichen/Abonnieren von Themen, aber diese Flexibilität geht mit einer komplexeren Anwendungseinrichtung und zusätzlichem Protokolloverhead einher. AMQP wird auch von Azure IoT für die Gerätekommunikation unterstützt.  

CoAP (Constrained Application Protocol)

Das Constrained Application Protocol (CoAP) wurde für durchsatzlimitierte, verlustbehaftete Netzwerke entwickelt, auch bekannt als "Constrained Networks“. CoAP wird normalerweise mit dem User Datagram Protocol (UDP) kombiniert, was es äußerst effizient und somit attraktiv für IoT-Anwendungen macht, bei denen die Batteriekapazität im Gegensatz zur Gerätelebensdauer beschränkt ist. Es wird zum Beispiel häufig bei der Kommunikation von Smart Metern verwendet. CoAP kann auch TCP oder SMS als Transportmechanismus nutzen.

LwM2M (Lightweight Machine-to-Machine)

Das Lightweight M2M-Protokoll basiert auf CoAP und ermöglicht eine hoch effiziente, energiesparende Kommunikation. LwM2M spezifiziert auch Funktionen für die Geräteverwaltung und -bereitstellung. Es legt beispielsweise einen standardisierten Prozess fest, um festzustellen, welcher Sicherheitsmechanismus verwendet wird und wie die Geräte-Firmware aktualisiert wird. Da LwM2M auf CoAP aufbaut, kann es mit UDP, TCP und SMS für den Datenverkehr verwendet werden.

XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol)

Das Extensible Messaging and Presence Protocol (XMPP) ist ein Kommunikationsprotokoll, das auf der Extensible Markup Language (XML) aufbaut. XMPP wurde ursprünglich für Instant Messaging (IM) entwickelt, was auch erklärt, dass es Overhead für den Austausch von Präsenzinformationen aufweist und nicht für speicherbeschränkte Geräte optimiert ist. Dennoch ermöglicht XMPP die Definition des Nachrichtenformats und erleichtert die Kommunikation zwischen verschiedenen Plattformen. Diese Open Source-Technologie ist sehr zugänglich und wird immer wieder mit neuen IoT-bezogenen Entwicklungen erweitert. 

DDS (Data Distribution Service)

Das Data Distribution Service-Protokoll ist ein interoperables Echtzeit-Kommunikationsprotokoll, das für Lösungen entwickelt wurde, die eine umfangreiche Koordination, zuverlässige Übertragungen und verteilte Verarbeitung zwischen den Geräten erfordern. Anstatt Daten an einen zentralen Hub oder Broker zu senden, können Daten direkt zwischen den Geräten ausgetauscht werden, was es robuster und effizienter macht. DDS verwendet einen Publish/Subscribe-Mechanismus, bei dem Geräte sich für ein Thema (Topic) anmelden und Geräte, die an das Thema senden, Multicast verwenden, um die Informationen an die Abonnenten zu verteilen. DDS kann TCP und UDP als Übertragungsprotokoll verwenden. 

SMS / SMPP (Short Message Peer-to-Peer Protocol)

Der Short Message Service (SMS) ermöglicht es Geräten und Anwendungen, Textnachrichten über eine Mobilfunkverbindung zu senden und zu empfangen. Bei der Kommunikation mit Geräten kann eine Anwendung programmgesteuert eine Verbindung zum Short Message Service Center (SMSC) eines Dienstanbieters herstellen, indem sie das Short Message Peer-to-Peer Protocol (SMPP) oder eine SMS-Rest-API verwendet. Telematikanbieter können SMPP verwenden, um ihre Geräte aus der Ferne anzusteuern und zu konfigurieren.

USSD (Unstructured Supplementary Service Data)

USSD, auch als "Feature Codes" oder "Quick Codes" bezeichnet, ist ein Messaging-Protokoll, das in Mobilfunknetzen auf der Basis des Global System for Mobile Communications (GSM) verwendet wird. IoT-Unternehmen verwenden USSD, um textbasierte Daten (wie Standort, Temperatur und andere Statusupdates) von IoT-Geräten abzurufen, ohne auf eine Datenverbindung angewiesen zu sein. USSD wird in naher Zukunft veraltet sein, da viele Mobilfunkanbieter ihre 2G- und 3G-Netze abschalten.

Simple Sensor Interface (SSI) Protokoll

SSI ermöglicht es IoT-Sensoren, Daten an ein Endgerät wie einen Computer oder ein Mobilgerät zu senden oder von dort zu empfangen. Wie der Name schon sagt, ist das Protokoll nicht sehr komplex, so dass die Kommunikation über SSI sehr wenig Strom verbraucht. Allerdings wurde das Protokoll seit 2006 nicht mehr überarbeitet und hat aufgrund von fehlenden Aktualisierungen keine Relevanz mehr. 

Branchenspezifische IoT-Anwendungsprotokolle

Im IoT-Bereich ist es durchaus sinnvoll, branchenspezifische Protokolle zu entwickeln, um die Funktionen für die jeweiligen Anwendungsfälle zu optimieren. Im Folgenden sind einige Beispiele für solche Protokolle.

OCPP (Open Charge Point Protocol)

Open Charge Point Protocol (OCPP) ist ein offenes Standard-Kommunikationsprotokoll für Ladestationen für Elektrofahrzeuge (EV). Es definiert Interaktionen zwischen EV-Ladestationen und einem zentralen System – hauptsächlich dem Charging Station Management System (CSME) – und hilft dabei, Sicherheit, Transaktionen, Diagnose, Gerätemanagement und mehr zu ermöglichen. Während zu Beginn SOAP verwendet wurde, unterstützen neuere OCPP-Protokolle die Kommunikation über WebSocket und JSON over WebSockets.

IEC 62056

IEC 62056-21 ist eine Reihe von Normen für Elektrizitätszähler. Die von der IEC (International Electrotechnical Commission) entwickelten Protokolle definieren den Datenaustausch für die Zählerablesung sowie die Tarif- und Laststeuerung. Ziel dieses Protokolls ist es, diese Kommunikation international zu standardisieren.

OBD2/CAN-Bus

Das On Board Diagnostics 2 (OBD2) Protokoll definiert die Kommunikation zwischen den elektrischen Systemen eines Fahrzeugs und seinem OBD-Anschluss. Wenn bei einem Fahrzeug eine Störung auftritt, verwendet es OBD2, um die entsprechenden Diagnosefehlercodes (DTCs) an den OBD-Anschluss zu übermitteln. Heutzutage wird ODB2 zur Erfassung von Telematikdaten wie Temperatur, Geschwindigkeit, Kraftstoffverbrauch, Brems- oder Reifendruck verwendet. Der CAN-Bus ist ein weiteres Protokoll, das mit OBD2 zusammenarbeitet und definiert, wie die Kommunikation zwischen den Mikrocontrollern des Fahrzeugs abläuft. 

OPC UA 

OPC Unified Architecture (UA) ist ein interoperables Open Source-Kommunikationsprotokoll, das im industriellen IoT eingesetzt wird, insbesondere für den Datenaustausch zwischen vernetzten Sensoren und der Cloud. Dieses äußerst vielseitige Protokoll ist nicht an ein bestimmtes Betriebssystem, eine Programmiersprache oder ein Kommunikationsprotokoll gebunden, so dass es auch für nicht-industrielle Anwendungen nützlich ist.

Wireless M-Bus

Wireless M-Bus ist ein spezialisierter europäischer Standard, der für die Kommunikation von intelligenten Messgeräten entwickelt wurde. Die Geräte kommunizieren in einer sternförmigen Topologie mit einem zentralen Gateway oder Datenlogger. Die Wireless M-Bus-Protokollsuite, die sowohl die physikalische und die Verbindungsschicht (EN 13757-2) als auch die Anwendungsschicht (EN 13757-3) umfasst, weist aufgrund der Verwendung niedriger Frequenzen (169, 433 und hauptsächlich 868 MHz) eine gute Indoor-Durchdringung auf und ist in Europa weit verbreitet. Allerdings verfügt dieses Open Source-Protokoll nicht über einen Zertifizierungsstandard, sodass Anbieter und Hersteller, die es verwenden, nicht immer kompatibel sind.

IoT-Protokolle in der Unterhaltungselektronik 

Geräte der Unterhaltungselektronik sind nützlicher, wenn sie mit Geräten verschiedener Marken kommunizieren können, die auf unterschiedliche Konnektivitätslösungen bauen. Einige Hersteller entwickeln eigene proprietäre Protokolle, um bestimmte Funktionen für Geräte bereitzustellen, oder arbeiten gelegentlich zusammen, um die Interoperabilität zu ermöglichen.

Matter

Matter ist ein kürzlich entwickeltes Anwendungsprotokoll, das aus einer Zusammenarbeit zwischen Google, Apple, Amazon, Samsung SmartThings und der Zigbee Alliance (jetzt Connectivity Standards Alliance) entstanden ist. Es wurde entwickelt, um die Kommunikation und die Kompatibilität zwischen Smart-Home-Geräten verschiedener Hersteller zu ermöglichen.

Weave

Weave ist ein IoT-Protokoll, das von Nest Labs entwickelt und später von Google übernommen wurde. Ursprünglich für Nest-Produkte entwickelt, plant Google, es auch in vernetzten Android-Geräten zu integrieren. Es ist mit Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth Low Energy (BLE), Mobilfunknetzen und anderen IPv6-Technologien kompatibel. 

Homekit Accessory Protocol (HAP)

Apple hat HAP entwickelt, damit Hersteller Drittanbietergeräte entwickeln können, die mit Apple-Produkten im Haushalt kommunizieren können. Zum Beispiel können Verbraucher über ihre Apple-Produkte smarte Lichter, Türschlösser und IoT-Thermostate steuern, wenn diese anderen Geräte mit HAP entwickelt wurden.

KNX 

KNX ist ein offener Standard für Gebäudeautomation, der von drei europäischen Protokollen abstammt: European Home Systems Protocol (EHS), BatiBus und European Installation Bus (EIB). Es wird normalerweise über Twisted-Pair-Verbindungen betrieben, kann aber auch andere Verbindungen nutzen.

X10

X10 wurde 1975 entwickelt, um die Fernsteuerung von Haushaltsgeräten wie Steckdosen, Lampen und anderen Geräten zu ermöglichen. Es ist die älteste Netzwerktechnologie, die speziell für die Vernetzung von Haushaltsgeräten entwickelt wurde, und wird auch heute noch weit verbreitet eingesetzt. X10 umfasst Spezifikationen für die Nutzung von Power Line Communication (PLC) und RF.

Z-Wave

Z-Wave ist ein Smart-Home-Protokoll, das eine Mesh-Netzwerk-Topologie verwendet, um Geräte mit einer zentralen Steuereinheit zu verbinden. Es bietet eine größere Reichweite als frühere Bluetooth-Generationen und verbraucht weniger Energie als WLAN. Wenn ein Verbraucher über ein Smartphone oder einen PC einen Befehl an ein verbundenes Gerät gibt, verwendet das Datenpaket das Netzwerk der verbundenen Geräte als Knoten, um die zentrale Steuereinheit zu erreichen, die die Daten durch die nahegelegenen Geräte leitet, um das beabsichtigte Ziel zu erreichen.

IoT-Transportprotokolle

Transportprotokolle definieren, wie Daten verpackt, gesendet und empfangen werden. Bei der IoT-Protokollwahl für Ihr Gerät kommt es darauf an, was gesendet werden muss und welche Qualität für Ihren Anwendungsfall wichtiger ist: Geschwindigkeit oder Zuverlässigkeit.

UDP (User Datagram Protocol)

User Datagram Protocol (UDP) ist ein Transportprotokoll, das Geschwindigkeit über Zuverlässigkeit stellt und einen verbindungslosen Prozess verwendet, um Datenpakete an ein Ziel zu senden. Aufgrund seiner geringen Latenz eignet sich UDP ideal für zeitkritische Anwendungsfälle wie Video-Streaming, Voice over Internet Protocol (VoIP), Videospiel und Domain Name System (DNS) -Abfragen. 

TCP (Transmission Control Protocol) 

Transmission Control Protocol (TCP) legt die Parameter für den Datenverkehr zwischen Softwareanwendungen fest, bestätigt, was gesendet wird, woher es kommt, wohin es geht und ob es korrekt angekommen ist. TCP legt die Genauigkeit über Geschwindigkeit und stellt sicher, dass Daten in der richtigen Reihenfolge und mit minimalen Fehlern und ohne Duplizierung eintreffen. Wenn Daten bei der Übertragung verloren gehen, fordert TCP im Gegensatz zu UDP, dass die Datenpakete erneut gesendet werden.

IoT-Protokolle  für die Vermittlungsschicht

Die Vermittlungsschicht (Network Layer) verpackt Übertragungen und leitet Datenpakete von einer Netzwerkeinheit (wie einem Router, Server, Knoten, Anwendung oder Gerät) zu einer anderen und bestimmt dabei den Pfad, den sie nehmen werden.

IP (Internet Protocol)

Das Internet Protocol ist im Grunde genommen der Schlüssel zum Internet. Es gibt allen Geräten eine IP-Adresse, die es anderen Netzwerkeinheiten ermöglicht, ihnen Datenpakete zu senden, auch wenn sie sich nicht im selben Netzwerk befinden.

IoT-Protokolle für die Bitübertragungs- und Sicherungsschicht 

Physische Schichten (Physical Layer) – auch Geräte- oder Bitübertragungsschichten genannt – und Sicherungsschichten (Data Link Layer) – auch Verbindungsschichten genannt – haben wahrscheinlich den größten Einfluss auf die Fähigkeiten und den Service einer IoT-Lösung. Dies sind die Standards, die den Typ des Netzwerks definieren, auf das die Geräte angewiesen sind, was bestimmt, welche Art von Abdeckung, Signalstärke, Stromverbrauch und Datenübertragungsraten verwendet werden.

Wi-Fi

Wi-Fi ist eine Suite von drahtlosen Netzwerkprotokollen, die hauptsächlich auf dem IEEE 802 Standard basieren. Wi-Fi erstellt ein lokales Netzwerk, mit dem sich nahegelegene Geräte verbinden können. Obwohl diese Netzwerke in Haushalten und Unternehmen weit verbreitet sind und eine gute Datenübertragung bieten können, ist Wi-Fi für viele IoT-Anwendungen nicht ideal, da grundlegende Strukturen wie Wände die Signalstärke erheblich stören können. Da nahezu alle Wi-Fi-Netzwerke die Frequenzbänder 2,4 GHz oder 5 GHz verwenden, sind sie anfällig für Störungen. Außerdem verbraucht es mehr Strom als Protokolle, die speziell für IoT-Geräte entwickelt wurden.

LTE (Long Term Evolution)

LTE ist ein 4G-Standard, der auf der 2G- und 3G-Mobilfunkinfrastruktur aufbaut und deutlich höhere Datenübertragungsraten und neue Anwendungen wie Multimedia-Streaming, Voice over IP und Videokonferenzen ermöglicht. LTE wird heute weit verbreitet eingesetzt und bietet eine ausgezeichnete Abdeckung, ist jedoch für batteriebetriebene IoT-Geräte nicht geeignet und recht teuer. Daher gibt es für IoT-Anwendungsfälle auch eine Variante namens LTE CAT-1, die einfacher und kostengünstiger ist, aber immer noch nicht für batteriebetriebene Geräte geeignet ist.

GSM

Das Global System for Mobile Communications (GSM) legt fest, wie 2G (zweite Generation) Mobilfunknetze arbeiten. Obwohl es drei Jahrzehnte alt ist, ist es derzeit die am weitesten verbreitete Netzwerktechnologie in IoT-Anwendungen aufgrund ihrer Einfachheit, Erschwinglichkeit und Zugänglichkeit. Da Mobilfunkbetreiber ihre 2G-Netze abschalten, müssen IoT-Hersteller die Risiken abwägen, weiterhin auf GSM zu vertrauen oder es als Backup zu verwenden.

GPRS

General Packet Radio Service (GPRS) ist ein Upgrade für 2G-Netze, manchmal auch als 2,5G bezeichnet. Es bietet höhere Datenraten und zusätzliche Dienste, einschließlich "Always-on"-Internetzugang und Internetanwendungen für IoT-Geräte. 

UMTS 

Universal Mobile Telecommunications Service (UMTS) ist praktisch gleichbedeutend mit 3G, der dritten Generation von Mobilfunknetzen. Es bietet eine größere Bandbreite, eine effizientere Nutzung des Funkspektrums und fortschrittlichere Mobilfunkfunktionen als GSM, einschließlich Videotransmission. UMTS ist bei IoT beliebt, da es weniger Strom verbraucht als 4G LTE und eine höhere Datenübertragungsrate als GSM bietet. UMTS ist jedoch fast zwei Jahrzehnte alt, und Mobilfunkanbieter schalten ihre 3G-Netze ab, um Bandbreite für neuere Netze freizugeben. Je nach Standort der Implementierung, ist es riskant, sich auf UMTS zu verlassen – der Standard könnte nicht so lange halten wie die verwendeten Geräte.

5G

5G-Netzwerke sind darauf ausgelegt, eine Spitzen-Downloadgeschwindigkeit von 20 Gbit/s und eine Spitzen-Uploadgeschwindigkeit von 10 Gbit/s zu erreichen. Die durchschnittlichen Geschwindigkeiten betragen etwa 100 Mbit/s für Downloads und 50 Mbit/s für Uploads. Damit ist 5G mehrere Male schneller als der Vorgänger, 4G, und die theoretischen Spitzenraten sind 100-mal schneller. Obwohl in entwickelten Ländern die „Early 5G“-Technologie eingeführt wurde, ist es für den Einsatz von 5G im IoT aufgrund der Gerätekosten und des Energieverbrauchs immer noch früh.

NB-IoT

Narrowband IoT (NB-IoT) ist ein spezialisiertes mobiles Netzwerk, das für das Internet der Dinge entwickelt wurde. Dieser Standard ermöglicht es Geräten, Frequenzen innerhalb der lizenzierten Bänder eines Mobilfunkbetreibers zu nutzen und minimalen Strom zu verbrauchen, vor allem wenn ein Gerät nicht dauerhaft sendet. Es ermöglicht Geräten die Nutzung von stromsparenden Funktionen, hat jedoch auch Nachteile – insbesondere gibt es keine redundante Abdeckung mit NB-IoT, und weltweite Implementierungen erfordern mehrere Anbieter, da Roaming mit NB-IoT schwierig ist. 

LTE-M

Long Term Evolution Machine Type Communication (LTE-M) ist eine Art von 4G-Mobilfunknetz, das speziell für das Internet der Dinge entwickelt wurde. LTE-M bietet viele der gleichen Vorteile wie NB-IoT, hat jedoch 10-mal schnellere Datenübertragungsraten und bietet aufgrund der Möglichkeit zum Roaming zwischen Netzen eine bessere Abdeckung.

NFC (Near Field Communication)

NFC baut auf der Radio Frequency Identification (RFID) auf, um die Konnektivität zwischen zwei Geräten zu erleichtern, die einen Abstand von maximal 4 cm haben. Wenn eines dieser Geräte mit dem Internet verbunden ist, ermöglicht NFC auch dem anderen Gerät den Zugriff auf Online-Dienste über die Verbindung. Dieses Nischenprotokoll spielt weiterhin eine wichtige Rolle im täglichen Leben durch Anwendungen wie das kontaktlose Bezahlen.

PLC (Power Line Communication)

PLC nutzt die vorhandene Energieinfrastruktur, um die IoT-Kommunikation zu erleichtern. Mit PLC dienen Stromleitungen nicht nur der Stromversorgung, sondern auch der Datenübertragung. Da es auf bestehender Infrastruktur aufbaut, ist PLC eine relativ einfache Konnektivitätslösung, aber leider auch nicht sehr zuverlässig. Elektrischer Strom kann und wird die Datenübertragung stören.

MIoTy

MIoTy ist ein Low Power Wide Area Network (LPWAN)-Standard, der Telegram-Splitting und unlizenzierte Frequenzbänder verwendet, um effiziente, skalierbare Konnektivität für industrielle IoT-Anwendungen bereitzustellen. MIoTy teilt Daten in Unterpakete auf und wendet, bevor sie gesendet werden, ein Fehlerkorrekturverfahren, auch Error Correcting Code oder Error Checking and Correction (ECC) genannt, an, um die Übertragung widerstandsfähiger gegen Störungen zu machen. MIoTy ist Open Source und durch die mioty Alliance standardisiert.

LoRa (Long Range)

LoRa ist der Funkstandard, der LoRaWAN ermöglicht. Es verwendet Spread-Spectrum-Modulation, um die Signalstärke zu erhöhen, die Sicherheit zu verbessern und Mehrfachzugriffskommunikation zu ermöglichen. LoRa baut auf dem Chirp-Spread-Spectrum auf, um Signale über eine größere Bandbreite zu verteilen. LoRa verwendet unlizenzierte Niederfrequenz-Bänder 169 MHz, 433 MHz (Asien), 868 MHz (Europa) und 915 MHz (Nordamerika).

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) 

LoRaWAN ist das Kommunikationsprotokoll, das auf LoRa aufbaut, um Geräte mit einem Netzwerk zu verbinden. Es handelt sich um eine LPWAN-Technologie, die für IoT-Anwendungen entwickelt wurde. Es verbraucht sehr wenig Strom, bietet eine gute Abdeckung und funktioniert gut in Innenräumen. Wenn es in der benötigten Region jedoch keine Abdeckung durch einen LoRaWAN-Anbieter gibt, muss eine eigene Infrastruktur aufgebaut und verwaltet werden, was besonders bei mehreren Implementierungen herausfordernd sein kann.

Sigfox 

Sigfox-Netzwerke verwenden sehr schmale Frequenzbänder, und jedes Land hat nur einen einzigen Sigfox-Netzbetreiber. Dieser Standard wird in allen Bereichen eingesetzt, von Einzelhandelsgeschäften über industrielles IoT bis hin zu intelligenten Alarmsystemen. Obwohl es eine Abdeckung von bis zu 1.000 Kilometern bietet, können Geräte, die Sigfox verwenden, nur äußerst kleine Nachrichten senden und empfangen, was Firmware-Updates und datenintensive Prozesse unmöglich macht. 

Neocortec

Neocortec ist ein proprietäres Mesh-Netzwerkprotokoll, das eine "kabelähnliche Zuverlässigkeit" bietet und Einfachheit betont. Die Datenübertragung erfolgt von Knoten zu Knoten, bis sie ihr Ziel erreicht. Ähnlich wie bei IP-Netzwerken bietet Neocortec auch eine bestätigte (ähnlich wie TCP) und unbestätigte (ähnlich wie UDP) Datenübertragung. Es soll schnell einzurichten, wartungsarm und einfach zu entwickeln sein. Dabei handelt es sich um eine IoT-Konnektivitätslösung, bei der Hersteller ihre eigene Infrastruktur vor Ort aufbauen und verwalten müssen. Neocortec verwendet unlizenzierte Bänder wie 868 und 915 MHz sowie 2,4 GHz.

Weightless  

Weightless ist ein offener Low-Power-Netzwerkstandard, der von der Weightless Alliance in unlizenzierten Sub-GHz-Bändern betrieben wird. Es gibt drei verschiedene Weightless-Standards, von denen jeder auf unterschiedlicher Technologie basiert:  

1. Weightless-W - Betrieb im TV-Whitespace
2. Weightless-N - bietet nur Uplink LPWAN-Kommunikation
3. Weightless-P - bietet bidirektionale LPWAN-Kommunikation  

Aufgrund des Erfolgs von Weightless-P werden die anderen Standards nicht weiterentwickelt, und Weightless-P wurde in Weightless umbenannt.

Weightless ist eine Ultraschmalband-LPWAN-Technologie (12,5KHz), die es Weightless-fähigen Geräten ermöglicht, über kilometerweite Entfernungen mit einer Weightless-Basisstation zu kommunizieren. Durch die Zuweisung von Funkressourcen ermöglicht es eine effiziente und kollisionsfreie Datenübertragung, was im Vergleich zu LoRaWan einen Vorteil darstellt.

IoT-Sicherheitsprotokolle

Die meisten IoT-Anwendungsprotokolle enthalten bereits ihren eigenen Ende-zu-Ende-Sicherheitsmechanismus. Die hier aufgeführten Sicherheitsprotokolle gelten nur für Geräte, bei denen eine Ende-zu-Ende-Verschlüsselung nicht möglich ist.

 IPSec (Internet Protocol Security)

Internet Protocol Security (IPsec) ist eine Protokollfamilie, die die Netzwerkkommunikation auf der IP-Ebene sichert. Es ermöglicht eine beidseitige Authentifizierung zwischen den Daten austauschenden Netzwerkentitäten und verwendet dann Schlüssel zur Autorisierung von Datenpaketen. Während IPsec eine Option für leistungsstarke Gateways ist, können IoT-Geräte mit geringen Ressourcen die Verarbeitung und den Datenoverhead nicht bewältigen. Eine Alternative im Bereich des Cellular IoT besteht darin, die Sicherheit an den Mobilfunkanbieter auszulagern, der dann eine IPsec-Verbindung zwischen dem Mobilfunknetz und der IoT-Anwendung herstellt.

OpenVPN (Open Virtual Private Network)

OpenVPN ist ein vielseitiges Open Source-Protokoll zur Erstellung von Virtuellen Privaten Netzwerken (VPNs) mit einem Point-to-Point oder Site-to-Site Modell. Es verwendet eine 256-Bit-Verschlüsselung zum Schutz Ihrer Datenpakete und ermöglicht es einem Client und Server, sich gegenseitig mit einem vorab geteilten Schlüssel und einem Zertifikat zu authentifizieren. In der IoT ist OpenVPN unverzichtbar für die Fernwartung, Analyse und Fehlerbehebung Ihrer Geräte.

TLS (Transport Layer Security)

Transport Layer Security (TLS) ist das am weitesten verbreitete Sicherheitsprotokoll für Kommunikation über das Internet. Durch eine Reihe von Hin- und Her-Protokollnachrichten stellt TLS einen „Handshake“ zwischen einem Client und einem Server her, um Client und Server zu authentifizieren und dann eine verschlüsselte Datenübertragung zu starten. TLS verlässt sich auf Zertifizierungsstellen, die die Authentizität eines Geräts oder Serverzertifikats nachweisen, um die Identität der Kommunikationsparteien zu überprüfen.  

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