mini|450px|Das Internet der Dinge Das Internet der Dinge (IdD) (auch: „Allesnetz“; , Kurzform: IoT) ist ein Sammelbegriff für Technologien einer globalen Infrastruktur der Informationsgesellschaften, die es ermöglicht, physische und virtuelle Objekte miteinander zu vernetzen und sie durch Informations- und Kommunikationstechniken zusammenarbeiten zu lassen.ITU-T Y.4000/Y.2060 (06/2012). Overview of the Internet of things. Internationale Fernmeldeunion; abgerufen am 29. Juli 2017.ITU Recommendation Y.2060 (06/12).
Mit Technologien des „Internets der Dinge“ implementierte Funktionen erlauben die Interaktion zwischen Menschen und hierüber vernetzten beliebigen elektronischen Systemen sowie zwischen den Systemen an sich. Sie können darüber hinaus auch den Menschen bei seinen Tätigkeiten unterstützen. Die immer kleineren eingebetteten Geräte sollen Menschen unterstützen, ohne abzulenken oder überhaupt aufzufallen. So werden z. B. miniaturisierte Computer mit unterschiedlichen Sensoren direkt in Kleidungsstücke eingearbeitet, sogenannte Wearables.
In seinem Aufsatz von 1991 sprach Mark Weiser unter dem Begriff „Ubiquitous Computing“ zum ersten Mal von einer Vision, in der Objekte, die mit Sensoren ausgestattet sind, nahtlos in die Umgebung integriert sind. Dies würde dazu führen, dass der Mensch diese Objekte nicht mehr direkt wahrnehmen kann, sondern diese allgegenwärtig sind.
Das Internet der Dinge bezeichnet die Verknüpfung eindeutig identifizierbarer physischer Objekte () mit einer virtuellen Repräsentation in einer Internet-ähnlichen Struktur. Es besteht nicht mehr nur aus menschlichen Teilnehmern, sondern auch aus Dingen. Der Begriff „Internet of Things“ geht auf Kevin Ashton zurück, der ihn 1999 erstmals verwendete. Jedoch ist dies nicht schriftlich dokumentiert.Kevin Ashton: In: RFID Journal, 22. Juli 2009; abgerufen am 8. April 2011. Bekannt wurde das Internet der Dinge durch die Aktivitäten der „Auto-ID Labs“.
Die automatische Identifikation mittels RFID wird oft als Grundlage für das Internet der Dinge angesehen. Allerdings kann diese Technologie nur als ein Vorreiter für das Internet der Dinge gesehen werden, da eine Möglichkeit für die direkte Kommunikation über Internetprotokolle fehlt. Bauteile wie Sensoren und Aktoren erweitern die Funktionalität um die Erfassung von Zuständen bzw. die Ausführung von Aktionen. Erweiterte Definitionen zum Internet der Dinge betonen die Zugehörigkeit zum zukünftigen Internet (auch ) CERP-IOT, 15. September 2009. sowie die Abgrenzung von verwandten Forschungsthemen.D. Uckelmann, M. Harrison, F. Michahelles: An Architectural Approach towards the Future Internet of Things. In: D. Uckelmann, M. Harrison, F. Michahelles (Hrsg.): Architecting the Internet of Things. Springer, Berlin 2011; , abgerufen am 23. Juli 2025.
Zielsetzung
Ziel des Internets der Dinge ist es, automatisch relevante Informationen aus der realen Welt zu erfassen, miteinander zu verknüpfen und im Netzwerk verfügbar zu machen. Dieser Informationsbedarf besteht, weil in der realen Welt Dinge einen bestimmten Zustand haben (z. B. „Luft ist kalt“, „Druckertoner ist voll“), die Information über diesen Zustand im Netzwerk jedoch nicht verfügbar ist. Dieser Bedarf an Information wird auch als Informationslücke bezeichnet. Ziel ist also, dass viele reale Dinge die eigenen Zustandsinformationen für die Weiterverarbeitung im Netzwerk zur Verfügung stellen. Solche Zustandsinformationen können Informationen über die aktuelle Nutzung, über Alterung, aber auch über besondere Umweltbedingungen an dem Ort des Teilnehmers sein. Sie können sowohl zur Verbesserung der Nutzbarkeit des Teilnehmers selbst (Früherkennung von Wartung oder Austausch etc.) als auch zur Verbesserung der Situation des umgebenden Bereiches ausgewertet werden. So kann z. B. die Reduktion des Energieaufwandes zur Heizung oder Kühlung an eine Vielzahl von Informationen im ganzen Raum oder gar der Wettervorhersage gebunden werden, und so besser wirken als in der Regelinstallation, die mit einem einzelnen Sensor (an häufig ungeeigneter Stelle montiert) auskommen muss (Smart Home Anwendungen). In einem weiteren Schritt können digitale Services als Teil des IoT die Parametrierung und Optimierung von Geräten so erleichtern, dass sie auch dort geschieht, wo sie heute aus Kostengründen nicht stattfindet. Ein Beispiel ist das intelligente Stromnetz, das den Strombedarf für das Laden von Elektrofahrzeugen optimal an die aktuelle und vorhergesagte Erzeugung der nutzbaren Wind- und Solarenergie aufeinander abstimmt und dabei auf eine Vielzahl von IoT-Informationen zugreifen kann, die gar nicht explizit mit dem Stromnetz verknüpft sind.
Wichtige Schritte zu diesem Ziel sind: die Standardisierung der Komponenten und Dienste im Internet der Dinge; die Einführung einer einfach zugänglichen, sicheren und allgemeinen Netzwerkanbindung, geeignet für alle Geräte mit eingebautem Mikrocontroller; die Reduktion der Kosten für in das IoT integrierte Teilnehmer (Gerätekosten, Inbetriebnahmekosten, Anschlusskosten etc.); die Entwicklung von kostenarmen, automatisierten (bis hin zu autonomen) digitalen Services im Netzwerk, die den zusätzlichen Nutzen der Vernetzung realisieren.
Abgrenzung Das Internet der Dinge unterscheidet sich vom Konzept der ‚Selbststeuerung logistischer Prozesse‘. Selbststeuernde Objekte benötigen nicht zwangsläufig Internet-ähnliche vernetzte Strukturen. Dennoch lassen sich Synergien herstellen, sodass zumindest in der Forschung beide Konzepte gerne verknüpft werden.D. Uckelmann, M.-A. Isenberg, M. Teucke, H. Halfar, B. Scholz-Reiter: Autonomous Control and the Internet of Things: Increasing Robustness, Scalability and Agility in Logistic Networks. In: D. C. Ranasinghe, Q. Z. Sheng, S. Zeadally (Hrsg.): Unique Radio Innovation for the 21st Century: Building Scalable and Global RFID Networks. Springer; Berlin 2010, S. 163–181. Weiterhin gibt es Überschneidungen mit Themenfeldern wie Ubiquitous Computing, Pervasive Computing, Industrie 4.0, kognitiven Systemen, dem Internet Protocol, Kommunikationstechnologien, cyber-physischen Systemen, eingebetteten Systemen, Web2.0-Anwendungen, dem Internet (der Menschen) und dem „Intranet“ bzw. „Extranet der Dinge“. Gegenüber den dedizierten Netzwerken der Automationstechnik, welche sich an der für die Lösung der Aufgabe minimalen Ausrüstung orientieren, verfolgt das Konzept des Internets der Dinge den Ansatz, Information so breit wie möglich zur Verfügung zu stellen, damit die Nutzung dieser Information auch für Lösungen jenseits der heute definierten Zielsetzung möglich wird.
Technologie Sollen lediglich Informationen von den physischen Repräsentationen der Akteure im Netzwerk abgerufen werden, reicht eine Identifikation beispielsweise mittels RFID oder QR-Code aus. Ein zentrales System kann so die für den Nutzer relevanten Daten aufgearbeitet zur Verfügung stellen, wie es beispielsweise bei der Paketverfolgung im Internet der Fall ist.
Sollen die Akteure allerdings auch selbst Informationen verarbeiten (beispielsweise bei einem Messsystem für Umweltwerte innerhalb einer Stadt), müssen sie mit datenverarbeitender Hardware ausgerüstet werden. Die Anforderungen an solche Hardware sind hohe Zuverlässigkeit und damit einhergehend ein geringer Wartungsaufwand, da eine hohe Ausfallrate Wartungsarbeiten an sehr vielen Geräten, die mitunter räumlich weit auseinander liegen oder schwer zu erreichen sind, nötig macht. Zusätzlich sollte der Energieverbrauch sehr niedrig sein, da die Hardware meistens rund um die Uhr läuft. Ebenfalls müssen die Anschaffungskosten gering sein, um möglichst viele physische Entitäten ausrüsten zu können. Integrierte Lösungen wie zum Beispiel ein System-on-a-Chip erfüllen diese Anforderungen.
Software Softwareseitig sollte ein Betriebssystem mit einem extrem niedrigen Speicherverbrauch verwendet werden, das einen Netzwerkstack zur Kommunikation zur Verfügung stellt. Projekte wie Contiki bieten diese Vorteile und sind auf vielen handelsüblichen Mikrocontrollerarchitekturen lauffähig.Website. Contiki-Projekt, ein Betriebssystem für das Internet der Dinge.
Weitere IoT Betriebssysteme sind: Windows 10 IoT Android Things Arm Mbed OS Zephyr TinyOS RIOT
Heute vorhandene Technologievarianten für den IoT-Anschluss eines Geräts unterteilen sich in Hardware-Komponenten (wie COM Controller-Chip oder Smart Modules), Protokoll-Stacks (u. a. für Basisprotokolle des Internets sowie IoT-spezifische Middleware) und Cloud-basierte IoT-Plattformen zur Bildung virtueller Gerätenetze.
Kommunikation Je nach Anwendungsfall kommen folgende Kommunikationstechnologien in Betracht: drahtgebundene Kommunikation über Ethernet oder Powerline Communication Funkverfahren im Nahbereich Bluetooth Near Field Communication (NFC) und RFID-Verfahren Wireless Local Area Network (WLAN) Funkverfahren im Weitbereich Low Power Wide Area Network Very Small Aperture Terminal (VSAT) für Kommunikation mit geostationären Satelliten 5G-Mobilfunkstandard unter Verwendung von Narrowband 6G-Mobilfunkstandard (ab ca. 2030) Vor allem die Funkverfahren im Weitbereich über Satelliten im Low Earth Orbit (LEO) mit 5G-Standard erweitern das IoT-Anwendungsspektrum für die globale Abdeckung bei geringem Energieverbrauch. IoT-Geräte können bei Bedarf automatisch von Mobilfunk- auf Satellitenkommunikation umschalten, ohne dass der Nutzer dies bemerkt. Kostengünstige kommerzielle Geräte (unter 5 Euro) werden vielfältige Möglichkeiten für massive IoT in abgelegenen Gebieten eröffnen.
Energieverbrauch Die Internationale Energieagentur (IEA) ermittelte in einer Studie, dass Geräte aus dem Bereich des Internets der Dinge 2013 rund 616 Terawattstunden (TWh) an Energie verbraucht hätten, von denen etwa 400 TWh verschwendet worden seien. Die Steuersysteme mit ihrer permanenten Internetverbindung würden demnach selbst die Energie verbrauchen, die sie zuvor durch intelligentes Energiemanagement eingespart hätten.Studie: Internet of Things frisst zunehmend Energie. Heise.de, 7. Juli 2014; abgerufen am 7. Juli 2014.
2017 berechnete die IEA, dass die Digitalisierung, einschließlich intelligenter Thermostate und intelligenter Beleuchtung, den Gesamtenergieverbrauch in Wohn- und Geschäftsgebäuden zwischen 2017 und 2040 um bis zu 10 % im Vergleich zum zentralen Szenario senken könnte. Vorhersage, Messung und Überwachung der Energieleistung von Gebäuden in Echtzeit, so dass Verbraucher, Gebäudemanager, Netzbetreiber und andere Beteiligte feststellen können, wo und wann Wartungsarbeiten erforderlich sind, wann Investitionen nicht die erwartete Leistung erbringen oder wo Energieeinsparungen möglich sind. All diese Vorteile könnten mit begrenzten Energiekosten realisiert werden, da aktive Steuerungen im Jahr 2040 voraussichtlich nur 275 TWh verbrauchen werden, weit weniger als die 4650 TWh, die sie im selben Jahr potenziell einsparen könnten.
Datenintegrität und Distributed Ledger Eine wachsende Herausforderung im IoT ist die Sicherstellung der Datenintegrität bei Milliarden von kommunizierenden Geräten ohne zentrale Instanz. Herkömmliche Blockchains stoßen hier oft an Skalierbarkeitsgrenzen und sind für ressourcenschwache Sensoren zu rechenintensiv. Neuere Forschungsansätze untersuchen daher leichtgewichtige, auf DAGs (Directed Acyclic Graphs) basierende Ledger-Strukturen. Diese sind speziell für hohen Durchsatz und asynchrone Verifikation optimiert, um Manipulationen an Messdaten dezentral zu verhindern.
Datenerfassung und Datenschutz