Internet af ting

Tingenes internet

Den tingenes internet ( IoT ) (også: " Allesnetz " engelsk tingenes internet , korte formular: IoT ) er en samlebetegnelse for teknologier af en global infrastruktur for den informationssamfundet , som gør det muligt at netværke fysiske og virtuelle objekter med hinanden og overføre dem gennem information og lade kommunikationsteknologier arbejde sammen.

Funktioner implementeret med teknologier fra "tingenes internet" muliggør interaktion mellem mennesker og ethvert elektronisk system, der er netværket via dette såvel som mellem selve systemerne. Du kan også støtte folk i deres aktiviteter. De stadig mindre indlejrede computere skal støtte folk uden at distrahere dem eller overhovedet tiltrække opmærksomhed. Så z. B. miniaturiserede computere, såkaldte wearables , med forskellige sensorer inkorporeret direkte i tøj.

I sit essay The Computer for the 21st Century fra 1991 talte Mark Weiser for første gang under udtrykket " Allestedsnær Computing " om en vision, hvor objekter udstyret med sensorer er problemfrit integreret i deres omgivelser. Dette vil betyde, at mennesker ikke længere kan opfatte disse objekter direkte, men at de er allestedsnærværende.

Tingenes internet beskriver forbindelsen mellem klart identificerbare fysiske objekter ( ting ) med en virtuel repræsentation i en internetlignende struktur. Det består ikke længere kun af menneskelige deltagere, men også af ting. Udtrykket "tingenes internet" går tilbage til Kevin Ashton , som først brugte det i 1999. Dette er dog ikke dokumenteret skriftligt. Tingenes internet blev kendt gennem aktiviteterne i “ Auto-ID Labs”.

Automatisk identifikation ved hjælp af RFID ses ofte som grundlaget for tingenes internet. Denne teknologi kan dog kun ses som en pioner for tingenes internet, da der ikke er nogen mulighed for direkte kommunikation via internetprotokoller. Komponenter såsom sensorer og aktuatorer udvider funktionaliteten til at omfatte erhvervelse af tilstande og udførelse af handlinger. Udvidede definitioner af tingenes internet understreger tilknytningen til det fremtidige internet (også engelsk : fremtidigt internet) samt afgrænsningen fra relaterede forskningsemner.

Målopnåelse

Målet med tingenes internet er automatisk at fange relevant information fra den virkelige verden, forbinde den med hinanden og gøre den tilgængelig i netværket. Dette behov for information eksisterer, fordi ting har en bestemt tilstand i den virkelige verden (f.eks. "Luft er kold", "printertoner er fuld"), men denne tilstand er ikke tilgængelig i netværket. Målet er, at mange virkelige ting gør deres egen statusinformation tilgængelig til videre behandling i netværket. Netværket kan være lokalt, lukket som en VPN eller forbundet til internettet via firewalls. Sådanne statusoplysninger kan være oplysninger om den aktuelle anvendelse, om aldring, men også om særlige miljøforhold på deltagerens placering. Sådanne oplysninger kan evalueres både for at forbedre deltagerens brugervenlighed (tidlig påvisning af vedligeholdelse eller udskiftning osv.) Såvel som for at forbedre situationen i det omkringliggende område (for eksempel reduktion af den nødvendige energi til opvarmning eller køling kan bruges af et stort antal informationer i hele rummet og fungerer således bedre end i standardinstallationen, som har at gøre med en enkelt sensor [ofte monteret på et uegnet sted]). I et yderligere trin kan digitale tjenester som en del af IoT lette og forbedre parametriseringen af enheder på en sådan måde, at den også finder sted, hvor den ikke finder sted i dag af omkostningsårsager. Vigtige trin til dette mål er

• standardisering af komponenter og tjenester på tingenes internet
• indførelsen af ​​en let tilgængelig, sikker og generel netværksforbindelse, der er velegnet til alle enheder med en indbygget mikrocontroller;
• reduktion af omkostninger for deltagere integreret i IoT (enhedsomkostninger, idriftsættelsesomkostninger, forbindelsesomkostninger osv.)
• udvikling af billige, automatiserede (op til autonome) digitale tjenester i netværket, der realiserer de yderligere fordele ved netværk.

Afgrænsning

Tingenes internet adskiller sig fra begrebet 'selvkontrol af logistiske processer'. Selvkontrollerende objekter har ikke nødvendigvis brug for netværksstrukturer, der ligner Internettet. Ikke desto mindre kan synergier skabes, så i det mindste inden for forskning begge begreber er glade for at være forbundet. Der er også overlapning med emner som allestedsnærværende computing , gennemgribende computing , Industry 4.0 , kognitive systemer , Internetprotokollen , kommunikationsteknologier , cyber-fysiske systemer , indlejrede systemer , Web2.0- applikationer, Internettet (af mennesker) og "intranettet "eller" Ekstranet af ting ". Sammenlignet med dedikerede netværk af automatiseringsteknologi, der er baseret på det mindste udstyr, der kræves for at løse opgaven, følger konceptet med tingenes internet tilgangen til at stille information til rådighed så vidt muligt, så denne information også kan bruges til løsninger ud over dagens definerede mål bliver muligt.

teknologi

Hvis information kun skal hentes fra de fysiske repræsentationer af aktørerne i netværket, er identifikation ved hjælp af for eksempel RFID eller QR-kode tilstrækkelig. Et centralt system kan således gøre dataene relevante for brugeren tilgængelige i en behandlet form, som det f.eks. Er tilfældet med pakkesporing på Internettet.

Men hvis aktørerne selv skal behandle information (f.eks. Med et målesystem for miljøværdier i en by), skal de være udstyret med databehandlingshardware. Kravene til sådan hardware er høj pålidelighed og de dermed forbundne lave vedligeholdelsesomkostninger, da en høj fejlrate kræver vedligeholdelsesarbejde på et stort antal enheder, der nogle gange er langt fra hinanden eller vanskelige at nå. Derudover skal energiforbruget være meget lavt, da hardwaren for det meste kører døgnet rundt. Anskaffelsesomkostningerne skal også være lave for at kunne udstyre så mange fysiske enheder som muligt. Integrerede løsninger såsom et system-på-en-chip opfylder disse krav.

På softwaresiden skal der bruges et operativsystem med ekstremt lavt hukommelsesforbrug, der giver en netværksstak til kommunikation. Projekter som Contiki tilbyder disse fordele og kan køre på mange kommercielt tilgængelige mikrokontrollerarkitekturer .

Andre IoT-operativsystemer er:

• Windows 10 IoT
• Android Ting
• Arm Mbed OS
• zephyr
• TinyOS
• OPTØJER

Teknologivarianter, der er tilgængelige i dag til tilslutning af en enhed til IoT, er opdelt i hardwarekomponenter (såsom COM-controllerchips eller smarte moduler), protokolstakke (f.eks. Til grundlæggende internetprotokoller og IoT-specifik middleware) og skybaserede IoT-platforme til dannelse af virtuelle enhedsnetværk.

strømforbrug

Det Internationale Energiagentur fandt i en undersøgelse, at enheder fra området for tingenes internet forbrugte omkring 616 teravattimer (TWh) energi i 2013, hvoraf omkring 400 TWh blev spildt. Kontrolsystemerne, med deres permanente internetforbindelse, ville selv bruge den energi, som de tidligere ville have sparet gennem intelligent energistyring.

Dataindsamling og databeskyttelse

Da "ting" indsamler, gemmer og udveksler data med hinanden, indsamler de også data om deres brugere og brugere. Disse kan være af interesse for kommercielle virksomheder, stater eller organisationer, så de kan søge adgang til dem. Imidlertid stemmer deres interesser ofte ikke overens med brugernes. Derfor er opretholdelse af suveræniteten over brugerens personlighed eller kundeprofil en afgørende bekymring for databeskyttelse .

Sikkerhedsforanstaltninger

Sikkerhedsmekanismerne i Internet of Things-miljøet er på ingen måde eksklusive mekanismer, der kun kan findes i dette område. Det handler mere om anvendelse af forskellige tiltag på software- og netværksniveau for at sikre informationssikkerhed . Beskyttelsesforanstaltningerne kan forhindre ekstern adgang til de integrerede enheder.

En generel beskyttelsesforanstaltning er f.eks. Valget af en sikker adgangskode . Den forbundskontor for informationssikkerhed anbefaler deaktivering af UPnP -funktionen på routere for at forhindre enheder i at blive misbrugt som en del af botnets for denial-of-service -angreb.

Der er forskellige muligheder for at forhindre adgang udefra, for eksempel den åbne standard Trusted Network Connect og gensidig godkendelse:

• Gensidig godkendelse: I et netværksmiljø kan enheder godkende hinanden med certifikater og dermed garantere pålidelig kommunikation. Dette realiseres gennem hybrid kryptering og certifikater.
• Trusted Network Connect: Ud over godkendelse blandt enheder er det også muligt at analysere alle adganger inden for et netværk og dermed øge sikkerheden. Dette er en åben standard udviklet af Trusted Network Group . To instanser implementeres til dette formål: "Policy Enforcement Point" (PEP) og "Policy Decision Point" (PDP). PEP definerer retningslinjerne for adgang til netværket og kan om nødvendigt trække adgangsrettigheder til brugere tilbage og udelukke dem fra netværket. Afhængigt af den anvendte godkendelsestype kan brugeren have adgang til enheder, servere og data. PDP træffer godkendelsesbeslutninger for sig selv og for andre systemenheder, såsom for PEP. Hvis en bruger ønsker at bruge en netværksressource, sender PEP sine brugerattributter og den ønskede brugeradgang til PDP'en via IF-PEP-protokollen ( RFC 5792 PA-TNC). Baseret på brugerattributterne afgør sidstnævnte, om brugeren er autoriseret eller ej, og sender dette til PEP. PEP tillader nu, forbyder eller blokerer brugeren i henhold til definerede regler.

kritik

Tingenes internet har mødt kritik, især inden for botnet og smarte biler. En aktuel IoT-rapport i den førende skysikkerhed viser, at især uautoriserede medarbejdernes enheder kan bringe en virksomheds sikkerhed i fare. Sådanne enheder inkluderer digitale hjemmeassistenter, tv-set-top-bokse, IP-kameraer, smart home-enheder, smart-tv, smart ure og multimediesystemer i køretøjer.

Det er også kendt, at USA, Storbritannien, Rusland, Holland og Malaysia er særligt truet af malware-familier. Som et resultat skal IT-afdelingerne i virksomhederne først blive opmærksomme på denne eksisterende risiko og derfor flytte sådanne enheder til et separat netværk eller overveje en web-gateway for at begrænse adgangen til eksterne netværk. De typiske første sikkerhedsforanstaltninger inkluderer ændring af standardiserede logindata og brug af regelmæssige sikkerheds- og firmwareopdateringer.

Eksempler

I applikationen er brugen af ​​mindre tekniske komponenter og funktioner på tingenes internet ofte tilstrækkelig.

• Parcel sporing via internettet - Pakke udbydere tilbyder parcel modtagere mulighed for at spore deres forsendelse under transporten processen. Til dette formål udføres en klar identifikation af forsendelsen på de respektive transportstationer via stregkoder eller 2D-koder, og den aktuelle status overføres automatisk til et kontrolcenter. Denne status kan læses af pakkemodtageren via et tilsvarende websted.
• Ombestilling af printerpatroner - printeren bruger chipteknologi til at identificere sine printerpatroner og overvåger dermed deres fyldningsniveau. Hvis fyldningsniveauet falder under en foruddefineret grænse, beder printeren brugeren om at genbestille via producentens websted.

I begge eksempler er der en klar identifikation og linket til et tilsvarende websted, og menneskelig interaktion er også nødvendig i hvert tilfælde. Tingenes internet bør dog også muliggøre direkte computerstøttet databehandling. Mere komplekse applikationer inkluderer også internetbaserede bibliotektjenester og muligheden for at vælge mellem forskellige tjenester.

• I elektronisk handel er der også mulighed for at afgive ordrer manuelt, for eksempel ved hjælp af dash-knappen på Amazon.com . Derudover driver Swiss Post og Valora lignende systemer med en bestillingsfunktion.

• Tingenes internet er også velegnet til miljøobservationer , såsom B. at måle luftkvaliteten . I Schweiz , den carbondioxid er koncentrationen målt ved 300 målestationer . Dataene fra sensoren netværk afholdes via Low Power Wide Area Network af Swisscom i en sky transmitteret.
• Tingenes internet er grundlaget for applikationer i en " Smart City ". For eksempel gassen H ₂ S produceres i kloakken . Ud over sin ubehagelige lugt irriterer gassen slimhinderne, forårsager korrosion og angriber betonen. Dyre renoveringsarbejder på kanalen og udgravninger er resultatet. Tingenes internet gør det muligt at måle koncentrationen af ​​gassen i den omgivende luft kontinuerligt, og modforanstaltninger kan initieres automatisk ved hjælp af målekontroller.

• Et andet eksempel er EPCglobal- netværket. EPCglobal-arkitekturen har dog hidtil været begrænset til logistiske applikationer og repræsenterer således kun en delmængde af fremtidens vision for tingenes internet. RFID fungerer som den grundlæggende teknologi i EPCglobal-netværket, hvormed den virkelige verden kan udvides til informationsverden, for eksempel ved hjælp af en globalt unik identitet såsom den elektroniske produktkode . Denne fusion muliggør ikke kun forenklet styring af eksisterende forretningsprocesser, men giver også mulighed for at opstå helt nye markeder og forretningsmodeller. Med EPCglobal og andre standardiserede komponenter er en stor del af den relevante infrastruktur allerede tilgængelig i dag. De grundlæggende tjenester i denne infrastruktur er funktionelt baseret på Internets principper.

• Det følgende eksempel er beregnet til at illustrere potentialet for fremtidige applikationer. Indstillingerne af en kontorstol (f.eks. Ryglænets position og fjeder) har en betydelig indvirkning på sundheden. På nuværende tidspunkt udføres tilpasningen af ​​stolen til brugerens kropskarakteristika af brugeren selv (og stort set uden specialviden og derfor ofte ufordelagtigt). En ekspert, der regelmæssigt kunne justere stolens indstillinger, så de passer til brugerens behov, er dyr. Hvis stolen bliver deltager i tingenes internet, kan måleværdier registreres af sensorer i stolen og evalueres af producenten som en del af en billig service over netværket, så forbedrede indstillinger kan foretages på stol (om nødvendigt igen via netværket). Den krævede driftsenergi til dette kan opnås ved lastændringen.

forskning

Forskning om emnet er blevet udført af forskellige institutioner i årevis. En konstant tematisk udvidelse af den oprindelige vision fra Auto-ID Labs kan observeres. Et stort antal forskningsprojekter på tingenes internet er blevet og finansieres på europæisk og tysk niveau, herunder sammenkædning af fysiske objekter med digitale minder .

Se også

• Store data

litteratur

• H.-J. Bullinger , M. ten Hompel (red.): Tingenes internet. Springer, Berlin 2007.
• M. Wollschlaeger, T. Sauter, J. Jasperneite : Fremtiden for industriel kommunikation: Automatiseringsnetværk i tiden med tingenes internet og industri 4.0. IEEE, 2017, ISSN  1932-4529 , doi: 10.1109 / MIE.2017.264910
• C. Engemann, F. Sprenger (red.): Tingenes internet. Om smarte objekter, intelligente miljøer og den tekniske penetration i verden. udskrift, Bielefeld 2015, ISBN 978-3-8376-3046-6 .
• E. Fleisch, F. Mattern (red.): Tingenes internet - allestedsnærværende databehandling og RFID i praksis. Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-24003-9 .
• F. Michahelles, J. Mitsugi (red.): Tingenes internet (IOT 2010). IEEE 2010, Tokyo, Japan, 29. november - 1. december 2010. ISBN 978-1-4244-7415-8 .
• M. ten Hompel, V. Heidenblut: Taschenlexikon Logistik. VDI-bog, Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-28581-4
• Schneider Electric, IoT-forretningsrapport 2020. Schneider Electric-undersøgelse af mere end 2500 forretningsbeslutningstagere om fremtiden for IoT
• D. Uckelmann, M. Harrison, F. Michaelles (red.): Arkitektur af tingenes internet. Springer, Berlin 2011, ISBN 978-3-642-19156-5

Weblinks

• Sikkerhed i "tingenes internet" (IoT) - information fra det schweiziske føderals nationale center for cybersikkerhed
• Jan Rähm : Sikkerhedshuller: Forsvar mod cyberangreb fra tingenes internet. Deutschlandfunk , Computer und Kommunikation 17. december 2016
• iotexpert.de (tysk magasin)
• industri-of-things.de

Individuelle beviser