Was ist IoT-Architektur und warum ist sie wichtig?

Technische Diskussionen heute haben oft zwei Hauptaspekte: die finanziellen Möglichkeiten, die sie bieten, und die Optimierung, die sie bereitstellen können. In beiden Fällen ist das Internet der Dinge (IoT) ein massives Thema, wie Schätzungen von McKinsey zeigen, die seinen Wert bis 2030 auf 5 bis 12 Billionen Dollar beziffern. Der gleiche Bericht weist auf das enorme Potenzial der IoT-Architektur in der Fertigung und im Gesundheitswesen hin.

Im Hinblick auf diese Punkte möchten wir Ihnen einen detaillierten Blick auf die Bedeutung der IoT-Architektur bieten, ihre Schichten aufschlüsseln und Ihnen helfen, die richtige Plattform auszuwählen. Unser Artikel wird auch Einblicke darüber geben, wie IoT dem Urbanismus, dem Gesundheitswesen und der Landwirtschaft zugutekommen kann. Kurz gesagt, dies wird eine vollständige Zerlegung von IoT als Werkzeug und eine Einführung darüber sein, wie Sie davon profitieren können.

Der gleiche Bericht, den wir oben erwähnt haben, weist auch darauf hin, dass einige Unternehmen Schwierigkeiten hatten, IoT in ihren Betrieben zu nutzen. Dies könnte auf einen Mangel an Fokus auf diese transformative Technologie Zurückzuführen sein, die schwer vollständig zu verstehen sein kann. Lassen Sie uns einfach beginnen und definieren, was die Architektur des Internet der Dinge ist und woraus sie besteht.

Also, IoT-Architektur für Anfänger: Es ist die Struktur und die Arten von Verbindungen zwischen Ihren verschiedenen IoT-Geräten. Das bedeutet die Geräte selbst, die Protokolle, die Daten bewegen und verarbeiten, die Transportmittel und die Anwendungen, die die Geräte steuern. Normalerweise wird dies in Bezug auf Schichten diskutiert, über die wir im Folgenden 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 es mindestens Millionen von Unternehmen gibt, die die Architektur des IoT nutzen. Unabhängig davon, wie viele jedes Unternehmen verwendet, müssen sie dennoch ihr Ökosystem strukturieren, um es zu optimieren.

Die Popularität von IoT ist kaum überraschend, da es seit dem letzten Jahrhundert existiert und genügend Zeit gehabt hat, zu wachsen und sich weiterzuentwickeln. Heutzutage deckt es wichtige Anwendungsfälle wie die Kontrolle des Pflanzenwachstums und die Verbesserung des Kundenerlebnisses in intelligenten Dienstleistungssystemen ab, unter anderem. Diese Vielseitigkeit hält IoT relevant, und eine flexible IoT-Architektur ermöglicht mehr Experimente, wenn dies erforderlich ist.

Ein großes Beispiel ist Amazons Automatisierung und Optimierung seiner Fulfillment-Zentren, einige der geschäftigsten Lagerhäuser auf dem Planeten, unter Verwendung von KI und IoT-Netzwerkarchitektur. Diese Kombination ermöglicht es ihnen, die Leistung effizient zu überwachen, die Abläufe aus der Ferne zu steuern und Ausfallzeiten in den Zentren zu minimieren. Klingt ziemlich gut, oder? Lassen Sie uns die Schichten der IoT-Architektur genauer betrachten, um zu sehen, wie Sie dasselbe tun können.

Während Unternehmen die IoT-Architektur an ihre Bedürfnisse anpassen können, umfasst das typische Setup einige dieser Standard-Schichten:

Je nachdem, wie Sie Ihr eigenes System strukturieren, verwenden Sie möglicherweise alle diese oder nur drei, aber das werden wir später behandeln. Zuerst lassen Sie uns jede Schicht einzeln besprechen, damit Sie ihre Rolle in der IoT-Plattformarchitektur verstehen können.

Wahrnehmungsschicht (Sensing)

Ein weiterer sehr beschreibender Name für diese Schicht ist die Geräte-Schicht. Das beschreibt sie im Wesentlichen - es ist die Vielzahl von IoT-fähigen Geräten und Mechanismen, die Sie haben und verbinden müssen.

Das bedeutet, dass die Wahrnehmungsschicht Ihrer IoT-Architektur Dinge wie Kameras, Sensoren, intelligente Geräte, medizinische Maschinen usw. einschließen kann. Dies ist eine wesentliche Schicht, was bedeutet, dass es kein architektonisches Setup ohne sie gibt. Schließlich sind dies die IoT-Elemente, Sie können nichts für sie bauen, wenn sie nicht einbezogen sind.

Konnektivitäts-Schicht (Netzwerk/Transport)

Konnektivität ist die zweite wesentliche Schicht, die die Werkzeuge für die Datenübertragung und -weitergabe zwischen Ihren IoT-Geräten und anderen Elementen Ihres Ökosystems bereitstellt. Sie verwendet Transport- und Verschlüsselungsprotokolle, um eine stetige, zuverlässige Übertragung zu gewährleisten. Die Übertragung kann über Ihr lokales WiFi oder Mobilfunk-5G-Netzwerke oder sogar Bluetooth erfolgen, wenn die Geräte gruppiert sind.

Es ist wichtig zu beachten, dass Ihre Konnektivitäts-IoT-Systemarchitektur eine Vielzahl von Transportmethoden einbeziehen kann und sollte. Auf diese Weise können Sie nicht nur ein flexibles System einrichten, das keinen einzelnen Ausfallpunkt hat, sondern auch sicherstellen, dass alle Arten von Geräten problemlos in das Ökosystem passen.

Datenverarbeitungsschicht

Der Name erklärt sich hier von selbst, da dies die Schicht von Werkzeugen ist, die die von Ihrem IoT-Netzwerk erzeugten Daten sammeln und verarbeiten. Sie ermöglicht es Unternehmen, die Leistung ihres Ökosystems zu analysieren, Änderungen leicht umzusetzen und anschließend Erkenntnisse zu gewinnen, um weiteres Wachstum zu gewährleisten.

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

Anwendungsebene

Dies ist der benutzerorientierte Teil der Internet of Things-Architektur, der sich auf Schnittstellen bezieht, die Menschen verwenden, um Geräte zu steuern und deren 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 tätig sind, können Sie zwei separate Anwendungen haben: eine für Kunden und eine für Administratoren.

Die Admin-App kann komplex sein, da sie das Zentrum der IoT-Architektur darstellt und es Ihnen ermöglicht, spezifische Routinen für Geräte festzulegen und Automatisierungsregeln anzupassen. Es ist das eine Element, das Sie benötigen, um Ihr gesamtes Netzwerk in Echtzeit anzupassen. Daher ist es die letzte der drei wesentlichen Ebenen für die Architektur von IoT.

Geschäftsebene

Diese Ebene der IoT-Architektur ist ergänzend zur Datenverarbeitungsebene und vollständig dem Umwandeln der gesammelten Informationen in Geschäftsinformationen gewidmet. Sie umfasst in der Regel Dashboards, die visualisierte Analysen und Berichte anzeigen, die aus Ihren Operationen erstellt wurden. Dies ist nur dank der Verarbeitung auf der darüberliegenden Ebene möglich, die darauf aufbaut.

Die Verflechtung der verschiedenen Ebenen in Ihrer IoT-Architektur macht die Dinge effizienter und ermöglicht eine einfache Kontrolle der Daten. Wenn Sie sich dafür entscheiden, die Geschäftsebene zu haben, was die meisten Unternehmen wahrscheinlich tun werden, stellen Sie sicher, dass sie mit den erforderlichen APIs verbunden ist.

Edge- und Fog-Computing-Ebene

Diese Ebene der IoT-Architektur ist erforderlich, wenn Ihr Unternehmen wächst, was zu hoher Latenz führt und die Datenverarbeitung sowie die Antworten verlangsamt. Geräte mit Edge-Funktionalität senden Datenpakete für eine schnelle und effiziente Verarbeitung. Diese werden an Knoten verteilt, die im System nahe beieinander liegen, was die Latenz erheblich reduziert.

Edge-fähige Geräte in einer IoT-Architektur können auch automatisch Berichte senden, wenn ein Anomalie auftritt, sowie Prozesse stoppen, die das System scheinbar stören. Außerdem sind IoT-Geräte mit Edge-Funktionalität äußerst kompatibel, was das Wachstum Ihres Unternehmensökosystems erleichtert.

Sicherheitsebene

Dieser Aspekt der Architektur von IoT dreht sich darum, Ihr Unternehmen und Ihre Daten zu schützen, was bedeutet, dass mehrere Werkzeuge eingesetzt werden, um die Sicherheit zu erhöhen. Zum Beispiel können Sie sowohl asymmetrische als auch symmetrische Verschlüsselung verwenden, wobei erstere für die sensibelsten Daten reserviert ist.

Ihr Sicherheitsplan sollte auch verschiedene Ansätze für alles, von den Geräten selbst bis hin zur Cloud-Umgebung und der Verbindung zwischen ihnen, beinhalten. Dinge wie die Implementierung des TLS-Protokolls sind mittlerweile Standard, zum Beispiel.

Es gibt zwei typische IoT-Architekturansätze, die in Unternehmen am häufigsten vorkommen.

Wir werden uns beide ansehen und Ihnen eine Perspektive auf jede bieten, damit Sie diejenige auswählen können, die am besten zu Ihren Operationen passt.

Verstehen der dreischichtigen IoT-Architektur: Struktur und Sicherheitsherausforderungen

Dies ist vielleicht der direkteste Ansatz zur IoT-Architektur, der immer noch funktioniert. Sie besteht aus drei Kernschichten, die sind:

Das bedeutet, dass Sie nur Ihre IoT-Geräte, die Protokolle, die sie verbinden, und die Anwendungen, die die Geräte steuern, verwenden. Es ist ein einfaches System, was seine Hauptstärke ist - Sie können es relativ einfach einrichten und warten und dabei weniger Zeit und Geld für die Architektur aufwenden.

Die Einfachheit bedeutet jedoch auch, dass es wertvolle analytische Fähigkeiten vermissen lässt und sich nicht unbedingt gut skalieren lässt. Dies macht dieses Modell zu einer guten ersten Wahl. Es muss jedoch erweitert werden, wenn Ihr Unternehmen wächst und neue Höhen erreicht. Außerdem fehlen die zusätzlichen Schichten der Sicherheit und Edge-Computing, was es weniger sicher macht und möglicherweise die Abläufe verlangsamt.

Erforschen der fünf-schichtigen IoT-Architektur und ihrer Vorteile

Die fünf-schichtige IoT-Architektur bietet etwas mehr Flexibilität, und Sie können selbst entscheiden, welche zwei Schichten die spärlicheren, dreischichtigen ergänzen werden. Wir empfehlen typischerweise, Sicherheit und Datenverarbeitung hinzuzufügen, obwohl einige Unternehmen stattdessen eine Geschäftsschicht wählen.

Dies geschieht typischerweise, wenn ein Unternehmen bestrebt ist, seine Abläufe zu optimieren, in der Hoffnung, dass die zusätzlichen Erkenntnisse aus den Verarbeitungs- und Geschäftsschichten genau das bieten werden. Dieser Ansatz ist nicht schlecht, insbesondere da Sie ihn nutzen können, um Ihren Kurs festzulegen und dann den Fokus auf die Sicherheit zu legen.

Im Allgemeinen, wenn man über IoT-Architektur und zusätzliche Schichten spricht, müssen Sie eine Schätzung von Kosten vs. Wert für jede neue Schicht, die Sie möchten, durchführen. Infolgedessen werden Sie typischerweise feststellen, dass zu viele Schichten abnehmende Erträge schaffen. Während eine fünf-schichtige Struktur ausreichende Vorteile bietet, ohne die Architektur zu sehr zu komplizieren, bleibt sie eine ziemlich solide Wahl.

Die große Vielfalt an IoT-Setups und die umfassende Palette an Geräten, die auf dem Markt erhältlich sind, machen sie in vielen verschiedenen Fällen anwendbar. In diesem Abschnitt wird der Fokus darauf liegen, wie IoT verschiedene Nischen transformieren und Wert im Austausch für Ihre Bemühungen bieten kann.

Smart Cities und IoT

Den Aufbau einer IoT-Architektur im städtischen Maßstab zu bewältigen, kann eine Herausforderung sein, ist jedoch ein sehr lohnendes Projekt, das allen Bewohnern zugutekommt. Zum Beispiel können intelligente Ampeln eingerichtet werden, um Daten von Verkehrssensoren zu erfassen, um ihre Lichter effizienter zu ändern und Staus zu vermeiden.

Alternativ können Abfallwirtschaftsunternehmen Sensoren einsetzen, um festzustellen, wann Abholungen stattfinden sollten. Infolgedessen funktionieren Städte als Ganzes optimaler und bieten bessere Dienstleistungen.

Gesundheitswesen und IoT

Die medizinische IoT-Architektur umfasst typischerweise Geräte wie tragbare Technologien, um Patientendaten zu sammeln, und Hilfsgeräte, die ihre Leistung automatisch an den Benutzer anpassen. Die Hauptanwendungsfälle konzentrieren sich darauf, die Fernversorgung zugänglicher und präziser zu gestalten sowie die Dienstleistungen an die Patienten anzupassen.

Landwirtschaft und IoT

Im landwirtschaftlichen Bereich kann die Nutzung von IoT-Architektur und KI helfen, den Zustand des Bodens zu bewerten, Erosion zu bekämpfen und die Pflanzen zu überwachen. Infolgedessen können Landwirte sicherstellen, dass ihre Ernte nicht ausfällt, gefährliche Mikroben erkennen und die Qualität ihrer Pflanzen insgesamt verbessern.

Industrielles IoT und Fertigung

Der typische Bereich für IoT-Architektur ist wahrscheinlich die Fertigungswelt, da automatisierte Montagelinien und Bestellsysteme auf Sensoren und intelligente Geräte angewiesen sind. Diese Dinge, zusammen mit IoT-gesteuerten Analysen und Fernbedienungen, machen die industrielle Arbeit effizienter.

Intelligente Häuser und IoT

Die heutige umweltbewusste Welt fördert die Verwendung von IoT-Architektur in intelligenten Häusern zur Steigerung der Energieeffizienz und zur Minimierung der Umweltbelastung eines Haushalts. Darüber hinaus können IoT-Geräte Fernbedienungen für Beleuchtung, Unterhaltungssysteme und Geräte ermöglichen. Außerdem sind Sprachassistenten mittlerweile recht verbreitet.

Wenn Ihr Unternehmen professionelle Unterstützung beim Design von IoT-Architekturen benötigt, kann Ihnen unser IoT-Entwicklungsteam bei der Planung der Architektur, der Auswahl der Plattform und der Implementierung helfen.

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

Überblick über beliebte IoT-Plattformen

Die am häufigsten verwendeten Plattformen für IoT-Architekturen sind auch die, die den meisten Unternehmen aus ihrer Arbeit mit Cloud-Umgebungen bekannt sind. Das bedeutet, dass die führenden Anbieter sind:

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

Letztere Plattformen sind bemerkenswert, da sie auf spezifischere Anwendungsfälle abzielen, wobei Particle sich auf Edge-Computing konzentriert, was für Unternehmen, die schnell skalieren, großartig ist.

In der Zwischenzeit bietet ThingWorx Dienstleistungen für Industrieunternehmen an, die sich auf die Herstellung von IoT-Geräten spezialisiert haben.

Wichtige Faktoren bei der Auswahl einer Plattform

Das Hauptkriterium, das Ihre Wahl bestimmen sollte, ist der Zweck Ihrer IoT-Architektur. Wir haben bereits erwähnt, dass ThingWorx auf Fertigungsunternehmen zugeschnitten ist, aber das ist noch nicht alles. Je nach Umfang Ihrer Betriebe und der Branche sollten Sie sich vielleicht für eine Plattform entscheiden, die erhebliche Skalierungsmöglichkeiten oder Werkzeuge bietet, die beispielsweise für medizinische Hardware konzipiert sind.

Es ist auch entscheidend, über Security nachzudenken, wo größere Plattformen wahrscheinlich einen Vorteil gegenüber kleineren haben werden. In ähnlicher Weise werden die meisten Unternehmen von ihrer bevorzugten Plattform etwas Flexibilität erwarten. Dinge wie benutzerdefinierte Widgets können helfen, effiziente Pipelines einzurichten und den Service mit ungewöhnlichen Geräten, einschließlich älterer Modelle, zu kombinieren.

Aktuelle Vorhersagen 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 umkonfigurierbare intelligente Oberflächen (RIS). Diese fungieren als hochwertige Übertragungsantennen und gewährleisten eine stabile Verbindung zwischen Geräten, selbst wenn sie sich mit hohen Geschwindigkeiten bewegen oder sich in Bereichen mit schwachem Empfang befinden.

Schließlich bedeutet die Verbreitung der Verfügbarkeit von Satelliten- und luftgestützten integrierten Netzwerken (SAIN), dass sich die Architektur bald erheblich verändern könnte. Satelliten zur Signalübertragung zu nutzen, beseitigt die Notwendigkeit für viele der komplexeren Transportlayer-Setups und senkt die Kosten der Architektur.

In den letzten Jahren war WiFi 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 jedoch vieles grundlegend verändert.

Die Möglichkeit, ein privates 5G-Netzwerk einzurichten, ohne erhebliche Kosten zu verursachen oder mit übermäßig komplexen Bereitstellungen konfrontiert zu werden, macht es zu einer praktikablen Wahl für IoT-Kommunikation. Dies erhöht Ihre Internetabdeckung erheblich und beschleunigt sie, während die Latenz niedrig bleibt. Im Moment ist es vielleicht noch nicht vollständig allgegenwärtig, aber solche Vorteile werden sicher dazu führen, dass privates 5G zum Standard wird.

Damit beenden wir unseren Leitfaden zur IoT-Struktur und wie man sie effektiv implementiert, sowie einige unserer Beobachtungen zu ihrer Anwendbarkeit in verschiedenen Branchen. Mit diesem Wissen sollten Sie in der Lage sein, den richtigen Ansatz zur Integration dieser Technologie in Ihrem Unternehmen zu finden.

Wir sind jedoch immer bereit, ein wenig mehr Hilfe für diejenigen anzubieten, die sie möchten.

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