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Es besteht kein Zweifel, dass das moderne Technologiezeitalter eine Revolution mit sich gebracht hat, deren Auswirkungen in unserem täglichen Leben immer deutlicher sichtbar werden. Das Internet der Dinge(IoT) ist eine der wichtigsten und spannendsten Entwicklungen dieses Fortschritts. Im Zuge der technologischen Entwicklung werden immer mehr Geräte miteinander verbunden, wodurch ein riesiges Netzwerk entsteht, das die Art und Weise, wie wir leben, arbeiten und kommunizieren, verändert. Geräte, die früher isoliert arbeiteten, arbeiten jetzt zusammen und tauschen Informationen aus. Beispiele für intelligente Geräte in unseren Häusern könnten Thermostate, Kühlschränke oder Rollladensteuerungen sein. Es ist auch interessant zu wissen, dass Geräte, die zum IoT gehören, auch in anderen Bereichen wie der Industrie, Medizin und Landwirtschaft eingesetzt werden. Ob wir es wollen oder nicht, das Internet der Dinge wird zu einem Schlüsselelement des technologischen Fortschritts, dessen Auswirkungen wir jeden Tag spüren.
Allein in den USA wird die Zahl der IoT-Geräte auf mehrere zehn Milliarden geschätzt, und diese Zahl wächst ständig. Mit der zunehmenden Integration von Fernsehgeräten, Telefonen, Autos und sogar Haushaltsgeräten entwickelt sich unser Alltag zu einem intelligenten Ökosystem, in dem die Kommunikation zwischen den Geräten eine Schlüsselrolle spielt.
In diesem Artikel werfen wir einen genaueren Blick auf die grundlegenden Kommunikationsstandards in der Welt des Internets der Dinge. Durch ein besseres Verständnis dieser Normen und der zunehmenden Bedeutung der Kommunikation von Gerät zu Gerät erhalten wir einen Einblick in die sich ständig verändernde technologische Landschaft, die unsere Zukunft prägt.
Was ist das Internet der Dinge?
Das Internet der Dinge ist ein faszinierendes Konzept, das unsere Vorstellung von der Maschine-zu-Maschine-Kommunikation auf eine völlig neue Ebene hebt. Kurz gesagt, bezieht sich das IoT auf ein globales Netzwerk von physischen Geräten, die miteinander verbunden sind und Daten miteinander austauschen können, oft ohne menschliches Zutun. Diese Geräte können von klassischen Smartphones und PCs bis hin zu eher überraschenden Elementen unserer Umgebung reichen, wie Kühlschränke, Lampen, Autos oder sogar Industriemaschinen. Der Kern des IoT besteht darin, diese Geräte in die Lage zu versetzen, miteinander zu kommunizieren, Daten zu liefern, Informationen zu analysieren und eigenständig Maßnahmen zu ergreifen. Dieser bahnbrechende Technologieansatz hat das Potenzial, nicht nur unseren Alltag zu revolutionieren, sondern auch die Art und Weise zu verändern, wie die ganze Welt funktioniert.
Was könnte ein IoT-Gerät sein?
Die Palette der Geräte, die ein integraler Bestandteil des Internets der Dinge werden können, ist äußerst vielfältig und wird mit dem technologischen Fortschritt ständig erweitert. Heute kann praktisch jedes Gerät, das mit den richtigen Sensoren, Internetanschlüssen und Datenverarbeitungsfunktionen ausgestattet ist, Teil eines globalen IoT-Netzwerks werden. Typische Beispiele sind Haushaltsgeräte wie Thermostate, Beleuchtung oder Fernsehgeräte, die dank ihrer Kommunikationsfähigkeit Informationen über ihren Zustand liefern und ferngesteuert werden können. Auch die Industrie profitiert vom IoT, indem sie intelligente Maschinen und Sensoren einsetzt, um Produktion und Zustand zu überwachen und Prozesse zu optimieren. Im Bereich des Gesundheitswesens hingegen werden IoT-Geräte zur Überwachung von Patienten und zur Bereitstellung medizinischer Daten in Echtzeit für Fachkräfte eingesetzt. Selbst Städte werden intelligent und integrieren Systeme für den Verkehr, die Abfallwirtschaft oder die Überwachung der Luftqualität. Dies ist nur die Spitze des Eisbergs, denn alle neuen Ideen und Technologien können dieses vielfältige Ökosystem von IoT-Geräten erweitern.
Kommunikation in einer Welt des Internets der Dinge
Unabhängig von der Hardware, die in das Ökosystem des Internets der Dinge integriert wird, liegt der Schlüssel zum Erfolg darin, wie Informationen gesendet und empfangen werden. So können die Geräte zusammenarbeiten, auf empfangene Daten reagieren und ihre eigenen Informationen senden. IoT-Geräte ohne Kommunikation sind einfach tot. Die Rolle der Kommunikation in der Welt des Internets der Dinge ist wirklich immens, daher lohnt es sich, die grundlegenden Kommunikationsstandards zu kennen, die in diesem bemerkenswerten Technologiebereich verwendet werden.
WIFI
Die WiFi-Kommunikation ist die Grundlage für die heutigen IoT-Technologien. Es handelt sich um eine Reihe von Protokollen und Spezifikationen, die den drahtlosen Datenaustausch zwischen Geräten in einem lokalen Netz ermöglichen. Die Geschichte von WiFi reicht bis in die frühen 1990er ahre zurück, als das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) mit der Arbeit am 802.11-Standard begann, der die Grundlage für die heutigen WiFi-Netzwerke bildet.
Ursprünglich wurde WiFi hauptsächlich als Ersatz für Ethernet-Kabel verwendet, um die Kommunikation zwischen Computern in Büros und Wohnungen zu ermöglichen. Im Laufe der Zeit hat die WiFi-Technologie jedoch viele Entwicklungen durchlaufen und ist zu einem äußerst wichtigen Bestandteil unseres täglichen Lebens geworden. Dank der zunehmenden Datenübertragungsgeschwindigkeiten ermöglicht uns WiFi das Surfen im Internet, das Streamen von Medien, Videokonferenzen und die Nutzung von Geräten des Internets der Dinge.
Warum ist WiFi im IoT-Ökosystem so beliebt? Dies ist auf mehrere Schlüsselfaktoren zurückzuführen. Erstens ist WiFi weit verbreitet und mit vielen Gerätetypen kompatibel, so dass sich neue IoT-Geräte leicht in bereits bestehende Netzwerke integrieren lassen. Zweitens bietet der Standard einen relativ hohen Datendurchsatz, was für Geräte wichtig ist, die eine schnelle Datenübertragung benötigen, wie z. B. Überwachungskameras oder Sensoren, die Echtzeitdaten erfassen. Darüber hinaus ist WiFi relativ kostengünstig zu implementieren, was die Massenproduktion kommerzieller Geräte erleichtert.
Im Zusammenhang mit dem Internet der Dinge spielt WiFi eine Schlüsselrolle bei der Schaffung von intelligenten Häusern, in denen Geräte wie Thermostate, Beleuchtung, CCTV oder Smartphones drahtlos miteinander kommunizieren und dem Nutzer die volle Kontrolle über seine Umgebung geben. Darüber hinaus ist WiFi in der Industrie, der Logistik, dem Gesundheitswesen und vielen anderen Bereichen weit verbreitet, in denen IoT-Geräte Daten sammeln und übertragen, die für die Prozessoptimierung und Entscheidungsfindung unerlässlich sind.
WiFi hat aufgrund seiner Verfügbarkeit, Geschwindigkeit und Kompatibilität eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung des Ökosystems der Internet-of-Things-Geräte gespielt. Diese Norm ist zur Grundlage für Smart Homes, Industrie 4.0 und andere innovative Lösungen geworden, die uns eine bessere Kontrolle über unsere Umwelt und eine effizientere Nutzung von Ressourcen ermöglichen.
Bluetooth
Bluetooth ist ebenfalls ein gängiger IoT-Kommunikationsstandard. Dabei handelt es sich um eine drahtlose Kommunikationstechnologie mit kurzer Reichweite, die es IoT-Geräten ermöglicht, über point-to-point- oder point-to-multipoint-Verbindungen Daten über große Entfernungen auszutauschen. Die Geschichte von Bluetooth reicht bis in die 1990er Jahre zurück, als die Firma Ericsson den Standard auf dem kommerziellen Markt einführte. Ursprünglich wurde es hauptsächlich für die drahtlose Kommunikation zwischen Mobiltelefonen und Headsets verwendet.
Es gibt viele Gründe, warum Bluetooth im IoT-Ökosystem verwendet wird. Es handelt sich um einen Standard mit geringem Stromverbrauch, der für IoT-Geräte, die mit Batterien betrieben werden, entscheidend ist. Darüber hinaus ist die Bluetooth-Kommunikation sehr vielseitig und mit verschiedenen Geräten kompatibel. Zusätzlich bietet Bluetooth eine relativ einfache Konfiguration und Gerätekopplung, was die Nutzung von IoT-Geräten für die Benutzer erleichtert.
In der Welt des Internets der Dinge spielt Bluetooth eine wichtige Rolle bei der Schaffung von Smart Homes, in denen Geräte wie Smartphones, Lautsprecher, elektronische Schlösser und viele andere über kurze Entfernungen miteinander kommunizieren. Die Bluetooth-Kommunikation ist dank ihres geringen Stromverbrauchs, ihrer Vielseitigkeit und ihrer einfachen Konfiguration einer der wichtigsten Kommunikationsstandards im Ökosystem der IoT-Geräte. Sie ermöglicht die Entwicklung intelligenter und integrierter IoT-Lösungen, die die Benutzerfreundlichkeit, Effizienz und Sicherheit verbessern.
Mobiler Telefondienst
Die mobile Funkkommunikation ist ein wichtiger Aspekt des Ökosystems des Internets der Dinge. Dabei handelt es sich um eine drahtlose Kommunikationstechnologie, die es IoT-Geräten ermöglicht, sich über Mobilfunknetze, die einen Großteil der Welt abdecken, mit dem Netz zu verbinden. Die Geschichte der Mobilkommunikation ist voller Innovationen und Durchbrüche, die bis in die 1970er Jahre zurückreichen, als die ersten Prototypen von Mobiltelefonen auftauchten. Die eigentliche Entwicklung dieser Technologie fand jedoch in den 1980er und 1990er Jahren statt, wobei Standards wie 2G, 3G, 4G und 5G eine immer schnellere und zuverlässigere Kommunikation ermöglichten.
Die Nutzung von Mobilfunknetzen im IoT hat viele Vorteile. Solche Netze sind auf der gesamten Welt nahezu flächendeckend verfügbar und ermöglichen globale Konnektivität für IoT-Geräte. Darüber hinaus bieten Mobilfunkstandards wie 4G und 5G viel höhere Geschwindigkeiten für die Datenübertragung als viele andere Technologien, was für Geräte, die eine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung benötigen, wie Überwachungskameras und autonome Autos, von entscheidender Bedeutung ist. Darüber hinaus sind Mobilfunknetze besser skalierbar als viele andere Lösungen, so dass eine große Anzahl von IoT-Geräten gleichzeitig unterstützt werden kann.
Im Ökosystem der IoT-Geräte ist die mobile Kommunikation von großer Bedeutung, vor allem für mobile Geräte wie Smartphones und Tablets, aber auch in der Logistik und im Energiesektor. Mit mobilen Netzen ist es möglich, Geräte aus der Ferne zu überwachen und zu steuern, Telemetriedaten zu sammeln, wichtige Informationen zu übermitteln und viele andere Anwendungen zu nutzen. Es ist auch ein Schlüsselelement für die Entwicklung des IoT im Zusammenhang mit der Zukunft autonomer Autos, intelligenter Städte und vieler anderer innovativer Bereiche.
Mobilfunknetze sind ein äußerst wichtiger Standard im Ökosystem der IoT-Geräte, da sie globale Verfügbarkeit, zufriedenstellende Datengeschwindigkeiten und Skalierbarkeit bieten. Mit Mobilfunknetzen ist es möglich, fortschrittlichere und integrierte IoT-Lösungen zu entwickeln, die sich auf unser Leben, unsere Unternehmen und die Gesellschaft als Ganzes auswirken.
LoRa
Der LoRa-Kommunikationsstandard (Long Range) wird auch von Entwicklern von Geräten für das Internet der Dinge (IoT) verwendet, insbesondere für Geräte, die eine große Reichweite und einen geringen Stromverbrauch benötigen. Es handelt sich um einen drahtlosen Kommunikationsstandard, der auf der Modulation eines Funksignals basiert und die Kommunikation über sehr große Entfernungen (bis zu mehreren Kilometern) bei minimalem Energieverbrauch ermöglicht.
Die Geschichte von LoRa reicht bis in die frühen 2000er Jahre zurück, als das französische Unternehmen Cycleo die Signalmodulationstechnologie entwickelte, die die Grundlage des LoRa-Standards wurde. Wenig später, im Jahr 2012, kaufte Semtech die Firma Cycleo und startete ein Projekt zur Entwicklung der Technologie. Der LoRa-Standard ist offen, d. h. er steht Herstellern und Entwicklern zur Verfügung, was zu seiner schnellen Entwicklung und Umsetzung im IoT-Bereich beigetragen hat.
Ein entscheidender Vorteil von LoRa ist die Reichweite. Der Standard ermöglicht die Kommunikation mit Geräten, die sich in schwer zugänglichen Gebieten befinden, in ländlichen oder städtischen Gebieten mit begrenztem Zugang, deren Abdeckung durch andere Netze äußerst schwierig sein kann. Darüber hinaus hat LoRa einen geringen Stromverbrauch, so dass IoT-Geräte monatelang oder sogar jahrelang mit einer einzigen Batterie betrieben werden können.
Die LoRa-Kommunikation spielt in vielen Bereichen eine wichtige Rolle, z. B. in der Landwirtschaft, der Umweltüberwachung, der intelligenten Gebäudeverwaltung und vielen anderen. Dank seiner Vorteile ermöglicht LoRa die Erfassung von Daten aus großen Gebieten, was eine effizientere Verwaltung der Ressourcen ermöglicht und sich positiv auf unser Leben, die Umwelt und die Wirtschaft auswirkt.
Sigfox
Die Sigfox-Kommunikation ist ein innovativer Standard, der in der Welt der Internet-of-Things-Geräte eingesetzt wird und sich durch seine besondere Architektur und seinen geringen Energieverbrauch auszeichnet. Dabei handelt es sich um eine drahtlose Technologie, die auf Kommunikationsnetzen basiert, die auf einem niedrigen Frequenzband arbeiten, und die es IoT-Geräten ermöglicht, effizient und kostengünstig über große Entfernungen zu kommunizieren.
Die Geschichte von Sigfox geht auf das Jahr 2010 zurück, als das gleichnamige Unternehmen in Frankreich gegründet wurde. Seitdem hat sich Sigfox zu einem der führenden Unternehmen im Bereich der IoT-Kommunikation entwickelt. Eines der wichtigsten innovativen Elemente dieser Technologie ist das Kernnetz, das auf speziell entwickelten Gateways basiert. Sie senden Daten von IoT-Geräten an die Sigfox-Cloud, wo die Daten verarbeitet und den Nutzern zur Verfügung gestellt werden.
Zu den Merkmalen von Sigfox gehören geringer Energieverbrauch und Reichweite. Infolgedessen wird der Standard für batteriebetriebene Geräte verwendet, die insbesondere in ländlichen Gebieten oder in Gebieten mit schlechtem Zugang zu herkömmlichen Mobilfunknetzen installiert werden. Sigfox ist ein universeller Standard, der mit verschiedenen Arten von IoT-Geräten kompatibel ist, die in Bereichen wie der Industrie, der Medizin, der Luftqualitätskontrolle und vielen anderen eingesetzt werden.
Zigbee
Zigbee ist eine der Schlüsseltechnologien, die im Ökosystem der Geräte des Internets der Dinge verwendet werden. Dieser Standard ist ein drahtloses Kommunikationsprotokoll, das speziell für IoT-Geräte entwickelt wurde. Die Geschichte von Zigbee reicht bis in die frühen 2000er Jahre zurück, als die Zigbee Alliance, eine Organisation von Unternehmen, die sich mit der Technologie des Internets der Dinge befassen, die erste Reihe von Zigbee-Spezifikationen entwickelte. Dieser Standard basierte später auf den Grundsätzen von IEEE 802.15.4, der die physikalische Schicht und die mittlere Zugriffsschicht definiert. Es sind jedoch die Protokolle der Zigbee Alliance, die der drahtlosen Kommunikation innerhalb des Standards besondere Eigenschaften verleihen.
Zigbee hat einen geringen Stromverbrauch, was für viele IoT-Geräte, die oft mit Batterien oder anderen mobilen Stromquellen betrieben werden, entscheidend ist. Darüber hinaus ist der Standard skalierbar und ermöglicht Netze unterschiedlicher Größe, von einfachen Heimsystemen bis hin zu großen Industrieanlagen. Erwähnenswert ist auch, dass Zigbee eine sichere Kommunikation ermöglicht, was für Geräte, die sensible Daten wie medizinische oder sicherheitsrelevante Informationen sammeln und übertragen, von entscheidender Bedeutung ist.
Zigbee ist in verschiedenen Bereichen des IoT weit verbreitet, z. B. in Smart Homes, Industrie 4.0, Gesundheit und Pflege sowie in Beleuchtungsmanagementsystemen, Temperaturregelung, Sicherheitsüberwachung und vielen anderen Bereichen. Seine Rolle im Hardware-Ökosystem des Internets der Dinge besteht darin, eine große Anzahl von Geräten effektiv zu kommunizieren und zu verwalten und so zu intelligenteren und stärker integrierten Lösungen beizutragen, die unser Leben und unsere industriellen Prozesse verbessern.
Kabelgebundene Verbindungen im IoT
Wie unschwer zu erkennen ist, ermöglichen die bisher beschriebenen Kommunikationsstandards die drahtlose Übertragung von Daten. Diese Art von Lösung wird in der Welt des Internets der Dinge aufgrund ihrer Benutzerfreundlichkeit sehr häufig verwendet. Schnittstellen wie WIFI oder Zigbee machen kabelgebundene Verbindungen überflüssig, die kostspielig sein können, insbesondere wenn IoT-Hardware in bestehende Systeme integriert wird. Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass die Netzwerke des Internets der Dinge auch auf kabelgebundenen Verbindungen basieren können. Eine solche Lösung kann bei neu konzipierten intelligenten Systemen äußerst attraktiv sein. Wenn der Entwurf eines intelligenten Hauses oder einer Produktionslinie im Rahmen des Konzepts Industrie 4.0 auf IoT-Geräten basiert, spricht nichts dagegen, bereits in der Entwurfsphase kabelgebundene Verbindungen zwischen den Geräten zu berücksichtigen. Solche Verbindungen können auf Ethernet-, RS-485-, I2C-, USB- oder SPI-Schnittstellen basieren. Die Wahl eines bestimmten Typs hängt von den Projektvoraussetzungen und der Entfernung zwischen den Einheiten ab. Diese Schnittstellen sind nicht universell, bieten aber eine sichere und robuste Verbindung zwischen intelligenten Geräten.
Quellen:
https://research.aimultiple.com/iot-communication-protocol/
www.pianalytix.com/wired-communication-protocols-in-iot/
https://www.researchgate.net/profile/Kamal-Alieyan/publication/320614944_Internet_of_Things_IoT_Communication_Protocols_Review/links/59f06dfeaca272cdc7ca2a64/Internet-of-Things-IoT-Communication-Protocols-Review.pdf
https://www.techtarget.com/iotagenda/tip/Top-12-most-commonly-used-IoT-protocols-and-standards
www.pianalytix.com/wireless-communication-protocols-in-iot/
https://iotdesignpro.com/articles/different-types-of-wireless-communication-protocols-for-iot
https://medium.com/blueeast/wireless-protocols-for-internet-of-things-7ed0bd860c66
https://be.farnell.com/iot-wireless-network-protocols
