Was ist IoT-Architektur und warum sie wichtig ist

Technische Diskussionen haben heute oft zwei Hauptaspekte: die finanziellen Chancen, die sie bieten, und die Optimierung, die sie ermöglichen. In beiderlei Hinsicht ist das Internet der Dinge (IoT) ein riesiges Thema, wie McKinseys Schätzung seines Werts von zwischen 5 und 12 Billionen Dollar bis 2030 belegt. Derselbe Bericht hebt das enorme Potenzial der IoT-Architektur in der Fertigung und im Gesundheitswesen hervor.

Vor diesem Hintergrund möchten wir Ihnen einen detaillierten Einblick in die Bedeutung der IoT-Architektur geben, ihre Schichten aufschlüsseln und Ihnen bei der Wahl der richtigen Plattform helfen. Unser Artikel wird auch Einblicke geben, wie IoT dem Urbanismus, dem Gesundheitswesen und der Landwirtschaft zugutekommen kann. Kurz gesagt, dies wird eine vollständige Analyse des IoT als Werkzeug und eine Einführung, wie Sie davon profitieren können.

Der gleiche Bericht, den wir oben erwähnt haben, weist auch darauf hin, dass einige Unternehmen Schwierigkeiten hatten, das IoT in ihren Betriebsabläufen zu nutzen. Dies könnte an einem mangelnden Fokus auf diese transformative Technologie liegen, die vollständig zu verstehen eine Herausforderung sein kann. Beginnen wir einfach und definieren, was die Architektur des Internets der Dinge ist und woraus sie besteht.

Also, IoT-Architektur für Anfänger: Es ist die Struktur und die Art der Verbindungen zwischen Ihren verschiedenen IoT-Geräten. Das bedeutet die Geräte selbst, die Protokolle, die Daten bewegen und verarbeiten, die Transportwerkzeuge und die Anwendungen, die die Geräte steuern. Sie wird typischerweise in Schichten diskutiert, über die wir unten sprechen werden, und die Art und Weise, wie sie interagieren.

Laut den Statistiken gibt es weltweit unglaubliche 18,8 Milliarden IoT-Geräte, was bedeutet, dass mindestens Millionen von Unternehmen die Architektur des IoT nutzen. Unabhängig davon, wie viele jedes Unternehmen verwendet, müssen sie ihr Ökosystem dennoch strukturieren, um sie zu optimieren.

Die Popularität des IoT ist kaum überraschend, da es bereits seit dem letzten Jahrhundert existiert und viel Zeit hatte, zu wachsen und sich zu entwickeln. Heutzutage deckt es wesentliche Anwendungsfälle ab, wie die Kontrolle des Pflanzenwachstums und die Verbesserung der Kundenerfahrung in intelligenten Servicesystemen, unter anderem. Diese Vielseitigkeit hält das IoT relevant, und eine flexible IoT-Architektur ermöglicht bei Bedarf mehr Experimente.

Ein wichtiges Beispiel ist Amazon, das seine Fulfillment-Center, einige der geschäftigsten Lagerhäuser der Welt, mittels KI und IoT-Netzwerkarchitektur automatisiert und optimiert. Diese Kombination ermöglicht es ihnen, die Leistung effizient zu überwachen, die Operationen remote zu steuern und alle Ausfallzeiten in den Zentren zu minimieren. Klingt ziemlich gut, oder? Werfen wir einen Blick auf die IoT-Architekturschichten, um zu sehen, wie Sie dasselbe erreichen können.

Während Unternehmen die IoT-Architektur an ihre Bedürfnisse anpassen können, umfasst die typische Einrichtung einige dieser Standardschichten:

Je nachdem, wie Sie Ihr eigenes System strukturieren, verwenden Sie möglicherweise alle oder nur drei dieser Schichten, aber das werden wir später behandeln. Zuerst sprechen wir über jede Schicht einzeln, damit Sie deren Rolle in der IoT-Plattformarchitektur verstehen.

Wahrnehmungsschicht (Erfassungsschicht)

Ein weiterer sehr beschreibender Name für diese Schicht ist die Geräteschicht. Das beschreibt sie ziemlich vollständig – es ist die Ansammlung von IoT-fähigen Geräten und Mechanismen, die Sie besitzen und verbinden müssen.

Das bedeutet, die Wahrnehmungsschicht Ihrer IoT-Architektur kann Dinge wie Kameras, Sensoren, intelligente Geräte, Gesundheitsmaschinen usw. umfassen. Dies ist eine essentielle Schicht, was bedeutet, dass es keine architektonische Einrichtung ohne sie gibt. Schließlich sind dies die IoT-Elemente; Sie können nichts für sie aufbauen, wenn sie nicht enthalten sind.

Konnektivitätsschicht (Netzwerk-/Transportschicht)

Die Konnektivität ist die zweite essentielle Schicht, die die Werkzeuge für die Datenübertragung und den Datenaustausch zwischen Ihren IoT-Geräten und anderen Elementen Ihres Ökosystems bereitstellt. Sie verwendet Transport- und Verschlüsselungsprotokolle, um stabile, zuverlässige Übertragungen zu gewährleisten. Der Transport kann über Ihr lokales WLAN, zellulare 5G-Netzwerke oder sogar Bluetooth erfolgen, wenn die Geräte gruppiert sind.

Es ist wichtig zu beachten, dass Ihre IoT-Systemarchitektur für die Konnektivität eine Vielzahl von Transportmethoden umfassen kann und sollte. Auf diese Weise können Sie nicht nur ein flexibles System aufbauen, das keinen einzelnen Fehlerpunkt aufweist, sondern auch sicherstellen, dass alle Arten von Geräten problemlos in das Ökosystem passen.

Datenverarbeitungsschicht

Der Name ist hier selbsterklärend, da dies die Schicht von Tools ist, die Daten, die von Ihrem IoT-Netzwerk generiert werden, sammelt und verarbeitet. Sie ermöglicht es Unternehmen, die Leistung ihres Ökosystems zu analysieren, Änderungen einfach umzusetzen und anschließend Erkenntnisse zu generieren, um weiteres Wachstum zu gewährleisten.

Diese Schicht umfasst auch die Datenspeicherung, wie z. B. Cloud-Umgebungen, Data Lakes und On-Premise-Server. Es ist entscheidend, diese Ebene Ihrer IoT-Plattformarchitektur zu sichern, da hier alle sensiblen Informationen gespeichert werden. Sicherheit ist offensichtlich für das gesamte System wichtig, aber sie „beginnt“ hier und dehnt sich nach außen aus.

Anwendungsschicht

Dies ist der benutzerorientierte Teil der Architektur des Internets der Dinge, der sich auf Schnittstellen bezieht, die Menschen verwenden, um Geräte zu steuern und ihre Aktionen einfach zu verfolgen. Diese können speziell für Ihr Unternehmen entwickelt werden, um internen Zugriff auf das sprichwörtliche Bedienfeld zu gewährleisten. Alternativ, wenn Sie im Geschäft mit dem Verkauf von IoT-Geräten sind, können Sie zwei separate Anwendungen haben, eine für Kunden, eine für Administratoren.

Die Admin-App kann komplex sein, da sie als Zentrum der IoT-Architektur dient und es Ihnen ermöglicht, spezifische Routinen für Geräte festzulegen und Automatisierungsregeln anzupassen. Sie ist das Einzige, was Sie benötigen, um Ihr gesamtes Netzwerk spontan anzupassen. Daher ist sie die letzte der drei essentiellen Schichten für die Architektur des IoT.

Geschäftsschicht

Ergänzend zur Datenverarbeitungsschicht widmet sich diese Schicht der IoT-Architektur vollständig der Umwandlung der gesammelten Informationen in Business Intelligence. Sie umfasst normalerweise Dashboards, die visualisierte Analysen und Berichte aus Ihren Operationen anzeigen. Dies ist nur dank der Verarbeitung auf der darüber liegenden Ebene möglich, auf der sie aufbaut.

Die Verflechtung verschiedener Schichten in Ihrer IoT-Architektur macht die Dinge schlanker und ermöglicht eine einfache Kontrolle der Daten. Wenn Sie sich für die Geschäftsschicht entscheiden, was die meisten Unternehmen wahrscheinlich tun werden, stellen Sie sicher, dass sie mit den notwendigen APIs verbunden ist.

Edge- und Fog-Computing-Schicht

Diese Schicht der IoT-Architektur wird benötigt, wenn Ihr Unternehmen skaliert, was zu hoher Latenz führt und die Datenverarbeitung und -antworten verlangsamt. Geräte mit Edge-Fähigkeit senden Datenpakete zur schnellen und effizienten Verarbeitung. Diese werden an systemnahe Knoten geliefert, wodurch die Latenz erheblich reduziert wird.

Edge-fähige Geräte in einer IoT-Architektur können auch automatisch Berichte senden, wenn eine Anomalie auftritt, und Prozesse stoppen, die das System zu entgleisen scheinen. Zudem sind IoT-Geräte mit Edge-Fähigkeit sehr kompatibel, was das Wachstum Ihres Unternehmensökosystems erleichtert.

Sicherheitsschicht

Dieser Aspekt der IoT-Architektur dreht sich darum, Ihr Unternehmen und Ihre Daten sicher zu halten, was bedeutet, mehrere Tools zur Stärkung der Sicherheit einzusetzen. Zum Beispiel können Sie sowohl asymmetrische als auch symmetrische Verschlüsselung verwenden, wobei erstere für die sensibelsten Daten reserviert ist.

Ihr Sicherheitsplan sollte auch vielfältige Ansätze umfassen, von den Geräten selbst über die Cloud-Umgebung bis hin zur Verbindung zwischen ihnen. Dinge wie die Implementierung des TLS-Protokolls sind heute zum Beispiel Standard.

Es gibt zwei typische IoT-Architekturansätze, die am häufigsten in Unternehmen anzutreffen sind. Wir werden uns beide ansehen und eine Perspektive zu jedem bieten, damit Sie denjenigen auswählen können, der am besten zu Ihren Operationen passt.

Die Drei-Schicht-IoT-Architektur verstehen: Struktur und Sicherheitsherausforderungen

Dies ist vielleicht der geradlinigste Ansatz für IoT-Architektur, der immer noch funktioniert. Sie besteht aus drei Kernschichten, die da wären:

Das bedeutet, Sie verwenden nur Ihre IoT-Geräte, die Protokolle, die sie verbinden, und die Anwendungen, die die Geräte steuern. Es ist ein geradliniges System, was seine Hauptstärke ist – Sie können es mit relativer Leichtigkeit einrichten und warten, wodurch Sie weniger Zeit und Geld für die Architektur aufwenden.

Die Einfachheit bedeutet jedoch auch, dass es an wertvoller analytischer Leistung mangelt und es sich nicht wirklich gut zur Skalierung eignet. Dies macht dieses Modell zu einer guten Anfangswahl. Dennoch muss es erweitert werden, wenn Ihr Unternehmen wächst und neue Höhen erreicht. Es fehlen auch die zusätzlichen Schichten für Sicherheit und Edge Computing, was es weniger sicher in der Anwendung macht und dazu neigt, Operationen zu verlangsamen.

Die Fünf-Schicht-IoT-Architektur und ihre Vorteile erkunden

Die Fünf-Schicht-IoT-Architektur bietet etwas mehr Flexibilität, und Sie können selbst entscheiden, welche zwei Schichten die spärlichere Drei-Schicht-Architektur erweitern. Wir schlagen typischerweise vor, Sicherheit und Datenverarbeitung hinzuzufügen, obwohl einige Unternehmen stattdessen eine Geschäftsschicht wählen.

Dies geschieht typischerweise, wenn ein Unternehmen seine Abläufe optimieren möchte und hofft, dass die zusätzlichen Erkenntnisse aus der Verarbeitungs- und Geschäftsschicht genau das liefern. Ein solcher Ansatz ist nicht schlecht, besonders da Sie ihn nutzen können, um Ihren Kurs festzulegen und sich dann auf die Sicherheit zu konzentrieren.

Im Allgemeinen müssen Sie bei der Diskussion über IoT-Architektur und zusätzliche Schichten eine Kosten-Nutzen-Schätzung für jede neue gewünschte Schicht vornehmen. Als Ergebnis werden Sie typischerweise feststellen, dass zu viele Schichten abnehmende Erträge erzeugen. Hingegen bietet eine Fünf-Schicht-Struktur genügend Vorteile, ohne die Architektur zu sehr zu komplizieren, was sie zu einer recht soliden Wahl macht.

Die große Vielfalt an IoT-Setups und das umfangreiche Angebot an auf dem Markt erhältlichen Geräten machen sie in vielen verschiedenen Fällen anwendbar. Dieser Abschnitt wird sich darauf konzentrieren, wie IoT verschiedene Nischen transformieren und im Gegenzug für Ihre Bemühungen Wert liefern kann.

Smart Cities und IoT

Der Aufbau einer IoT-Architektur auf Stadtebene kann eine Herausforderung sein, aber es ist ein sehr lohnendes Projekt, das allen Bewohnern zugutekommt. Zum Beispiel können intelligente Ampeln so eingerichtet werden, dass sie Daten von Verkehrssensoren messen, um ihre Schaltung effizienter anzupassen und so Staus zu eliminieren. Alternativ können Abfallwirtschaftsunternehmen Sensoren verwenden, um zu bestimmen, wann Abholungen erfolgen sollen. Dadurch funktionieren Städte insgesamt optimaler und bieten bessere Dienstleistungen.

Gesundheitswesen und IoT

Medizinische IoT-Architektur umfasst typischerweise Geräte wie Wearables zur Erfassung von Patientendaten und Assistenzsysteme für das betreute Wohnen, die ihre Leistung automatisch an den Benutzer anpassen. Die zentralen Anwendungsfälle drehen sich darum, die Fernversorgung zugänglicher und präziser zu gestalten sowie die Dienstleistungen auf die Patienten zuzuschneiden.

Landwirtschaft und IoT

Im Agrarbereich kann der Einsatz von IoT-Architektur und KI helfen, den Zustand des Bodens zu beurteilen, Erosion zu bekämpfen und Pflanzen zu überwachen. Dadurch können Landwirte sicherstellen, dass ihre Ernte nicht fehlschlägt, gefährliche Mikroben erkennen und die Qualität ihrer Ernten insgesamt verbessern.

Industrielles IoT und Fertigung

Der vielleicht typischste Bereich für IoT-Architektur ist die Fertigungswelt, da automatisierte Montagelinien und Bestellsysteme auf Sensoren und intelligenten Geräten basieren. Diese Dinge, zusammen mit IoT-gestützten Analysen und Fernsteuerungen, machen die Industriearbeit effizienter.

Smart Homes und IoT

Die heutige klimabewusste Welt fördert den Einsatz von IoT-Architektur in Smart Homes zur Energieeffizienz, wodurch der ökologische Fußabdruck eines Haushalts minimiert wird. Darüber hinaus können IoT-Geräte Fernsteuerungen für Beleuchtung, Unterhaltungssysteme und Haushaltsgeräte ermöglichen. Außerdem sind Sprachassistenten mittlerweile ziemlich verbreitet geworden.

Der Aufbau der perfekten IoT-Architektur ist einfacher, wenn Sie eine zuverlässige, bewährte Plattform verwenden, um Ihr System zu verstärken. Hier sind einige Tipps zur Auswahl einer Plattform, die Ihren Bedürfnissen entspricht.

Übersicht über beliebte IoT-Plattformen

Die am häufigsten verwendeten Plattformen für IoT-Architektur sind auch diejenigen, die die meisten Unternehmen aus ihrer Arbeit mit Cloud-Umgebungen kennen werden. Das bedeutet, die Top-Anbieter sind:

Diese Tech-Giganten bieten ihre Dienste wie AWS IoT Analytics oder Azure IoT Edge an, unterstützt durch ihre beträchtlichen Ressourcen und Spitzentechnologien. Dies sind jedoch nicht die einzigen Optionen, die Sie haben, da auch weniger bekannte Plattformen existieren, wie Particle und ThingWorx IIoT.

Die letzteren Plattformen zeichnen sich dadurch aus, dass sie spezifischere Anwendungsfälle bedienen, wobei Particle auf Edge Computing fokussiert ist, was hervorragend für schnell skalierende Unternehmen ist. ThingWorx bietet derweil Dienste für Industrieunternehmen an, die auf die Herstellung von IoT-Geräten spezialisiert sind.

Wichtige Faktoren bei der Auswahl einer Plattform

Das Wichtigste, das Ihre Wahl bestimmen sollte, ist der Zweck Ihrer IoT-Architektur. Wir haben bereits darauf hingewiesen, dass ThingWorx auf Fertigungsunternehmen zugeschnitten ist, aber das ist nicht alles. Je nach Umfang Ihrer Operationen und der Branche möchten Sie möglicherweise eine Plattform wählen, die erhebliche Skalierungsfähigkeiten oder Tools bietet, die beispielsweise für medizinische Hardware entwickelt wurden.

Es ist auch entscheidend, über Sicherheit nachzudenken, bei der große Plattformen wahrscheinlich einen Vorteil gegenüber kleineren haben werden. Ebenso werden die meisten Unternehmen eine gewisse Flexibilität von ihrer gewählten Plattform erwarten. Dinge wie benutzerdefinierte Widgets können helfen, effiziente Pipelines einzurichten und den Dienst an ungewöhnliche Geräte, einschließlich ältere, anzupassen.

Aktuelle Prognosen für neue Trends in der IoT-Architektur umfassen natürlich das unvermeidliche Aufkommen von 6G. Einige Forschungen deuten darauf hin, dass IoT-Netzwerke bis 2030 jeden Standort erreichen können, obwohl dies eine etwas optimistische Sichtweise sein mag. Dennoch wird die nahtlose, latenzarme Verbindung, die 6G bieten kann, sicherlich ein Game Changer sein.

Eine weitere spannende Entwicklung, die die Zukunft des IoT verändern sollte, sind rekonfigurierbare intelligente Oberflächen (RIS). Diese fungieren als hochwertige Sendeantennen und gewährleisten eine stabile Verbindung zwischen Geräten, selbst wenn diese sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen oder in Gebiete mit geringer Abdeckung gelangen.

Schließlich bedeutet die Verbreitung der Verfügbarkeit von satelliten- und luftgestützten integrierten Netzwerken (SAIN), dass die Architektur bald erhebliche Änderungen erfahren könnte. Der Einsatz von Satelliten zur Aufrechterhaltung des Signals eliminiert die Notwendigkeit vieler der komplexeren Transportnetzwerkschichten, was die Architekturkosten senkt.

In den letzten Jahren war WLAN für jeden, der eine zuverlässige und sichere IoT-Architektur suchte, unerlässlich, da die Nutzung von öffentlichem 5G im Grunde bedeutete, Datensicherheit gegen Geschwindigkeit einzutauschen. Jüngste Verbesserungen bei URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communication) haben die Dinge jedoch drastisch verändert.

Die Möglichkeit, ein privates 5G-Netzwerk einzurichten, ohne erhebliche Kosten zu verursachen oder übermäßig komplexe Implementierungen in Kauf nehmen zu müssen, macht es zu einer praktikablen Wahl für die IoT-Kommunikation. Dies erhöht Ihre Internetabdeckung erheblich und beschleunigt sie, während die Latenz gering bleibt. Im Moment mag es noch nicht vollständig allgegenwärtig sein, aber diese Art von Vorteilen wird privates 5G sicher zum Standard machen.

Damit schließen wir unseren Leitfaden zur IoT-Struktur und deren effektiver Implementierung ab, ebenso wie einige unserer Beobachtungen zu ihrer Anwendbarkeit in verschiedenen Branchen. Mit diesem Wissen sollten Sie in der Lage sein, den richtigen Ansatz zu finden, um diese Technologie in Ihr Unternehmen zu integrieren. Wir sind jedoch immer offen dafür, denen, die es wünschen, etwas mehr Hilfe anzubieten.

JetBase bietet seit über einem Jahrzehnt maßgeschneiderte Entwicklungs- und Beratungsdienstleistungen für Unternehmen an, die neue Höhen erreichen wollen. Unser Expertenteam kann Ihre IoT-Systemarchitektur entwerfen und etablieren, komplexe, miteinander verwobene Verbindungen aufbauen und die Datenverarbeitung vereinheitlichen. Innerhalb Ihres eigenen Ökosystems beraten wir Sie, wie Sie IoT optimal in Ihren täglichen Betriebsabläufen einsetzen können.

Wenn Sie Qualität suchen und Ihre IoT-Architektur richtig umsetzen möchten, senden Sie uns eine Nachricht und lassen Sie uns eine kurze Beratung vereinbaren.