Internet of Things (IoT), Rechnernetze und Verteilte Systeme

Umfassende Vokabel-Karteikarten zu den Vorlesungsmitschriften über die Evolution des Internets (Web 1.0 bis Web 4.0), Netzwerk- und Übertragungsprotokolle (TCP/IP, IPv4/IPv6, 802.15.4), Netzwerktopologien, Datenspeicherung und Big Data (RDF, CEP, NoSQL, MapReduce), Softwarearchitekturen sowie IoT-Anwendungsfelder (Smart Home, AAL, Smart Factory, Smart Logistics).

Internet der Dinge (Horvath, 2012)

Die technische Vision, Objekte jeder Art in ein universales Netz zu integrieren.

Internet der Dinge (Gabler, 2017)

Vernetzung von Gegenständen mit dem Internet, damit diese Gegenstände selbstständig über das Internet kommunizieren und verschiedene Aufgaben für den Besitzer erledigen können.

Web 1.0

Erste Implementierungsphase des Internets als „read-only web“, in dem Nutzer eine passive Rolle einnahmen, Informationen suchten und lasen, basierend auf HTTP (Kommunikation) und HTML (Gestalten).

Web 2.0

Zweite Implementierungsphase des Internets als „read-write web“, in der Nutzer gleichzeitig Konsument und Produzent von Inhalten sind („user-generated content“) und über Wikis, Blogs und Foren interagieren.

Web 3.0

3. Implementierungsphase des Internets als semantisches Web, das Angaben über Beziehungen von Informationen liefert, semantische Suchanfragen ermöglicht und auf XML, RDF, OWL sowie Data Mining und KI basiert.
   Nutzen: Metatexte

Web 4.0

4. Implementierungsphase des Internets als Internet of Things (IoT), die Alltagsgegenstände vernetzt und technologisch vor allem auf WLAN, RFID, Bluetooth und Smartphones basiert.

Cyber-physische Systeme

Systeme, bei denen mechanische Bestandteile mit informations- und softwaretechnischen Komponenten über ein Netzwerk verbunden sind und über Sensoren mit der Umwelt kommunizieren.

Smart Services

Smarte Dienstleistungen, die mittels Technologie messbar sind und mit geringem Aufwand abgerechnet werden können; Voraussetzung sind stark digitalisierte Arbeitsprozesse und zunehmende Intelligenz von Maschinen.

Arten von smarten Dienstleistungen

Kontrolldienstleistung: die Sendungsverfolgung von Paketen.

Leasingdienstleistung: nutzenorientierte abrechnung von Parkplätzen

Risikodienstleistung: Versicherungsprämien (Risikoverhalten der Kunden)

Informationsdienstleitung: Hintergrundinformationen in Museen

komplexe Dienstleistung: Kombination der dargestellten Arten

Crowdworker

Mengenarbeiter, die Aufgaben über digitale Plattformen abwickeln.

Fluide Teams

Teams, in denen weder die innere Struktur noch die Zugehörigkeit und die Grenzen nach außen immer klar benannt werden können – weder von Externen noch von den Teammitgliedern selbst.

MINT-Berufe

Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik.

demografischer Wandel

Veränderung der Altersstruktur der Bevölkerung. IN DE —> Trend zur alternden Gesellschaft —> technische Weiterentwicklung gerät ins Stocken
Mehr Frachkräfte für Wartungen bedeutet weniger geringqualifizierte Fachkräfte —> steigende Arbeitslosigkeit

Home Office

Vorteile:

• Kostensenkungseffekte: Büroflächen werden wirtschaftlicher genutzt und Energiekosten sinken

• höhere Arbeitszufriedenheit: zeitliche Autonomie

• stätkere Motivation: geringer Zeitaufwand - Pendeln

• weniger krankheitsbedingte Fehltage

• positiver Umwelteffekt

• geringer Schafstoffausstoß

Nachteile:

• Abhängigkeit von Technologie und Anbietern

• Es können nicht alle Arbeitsbereiche HomeOffice machen

Quantified Self

Die systematische Erfassung von Vital- und Verhaltensdaten von Nutzerinnen und Nutzern zur individuellen Leistungs- und Gesundheitsoptimierung.

Datenschutz

Der Schutz personenbezogener Daten basierend auf dem allgemeinen Persönlichkeitsrecht, welches besagt, dass Personen selbst über Preisgabe und Verwendung ihrer Daten entscheiden.

einfache personenbezogene Daten: Namen, Adresse, Geburtsdatum

besondere personenbezogene Daten: Gesundheitszustand, Religion

Privacy by Design

Entwicklungsprinzip, bei dem datenschutzrechtliche Anforderungen bereits im Entstehungsprozess einer Software oder Hardwarekomponente technisch berücksichtigt werden.

Datensicherheit

Das Gewährleisten der drei zentralen Schutzziele Vertraulichkeit, Integrität und Verfügbarkeit elektronischer Daten und Informationssysteme.
Vertraulichkeit: Schutz von Daten gegen unerlaubte oder unberechtigte Preisgabe an Dritte.

Integrität: Schutz von Daten davor, unerlaubt oder unbemerkt verändert oder manipuliert zu werden.

Verfügbarkeit: Schutz davor, dass Daten oder Systeme ausfallen; Gewährleistung, dass Daten und Anwendungen genau dann funktionstüchtig und zugänglich sind, wenn sie benötigt werden.

Empfehlungen für Nutzer bei Datenschutz und Datensicherheit

• Nicht benötigte Funktionen sollten deaktiviert werden

• Standardpasswörter und Benutzernamen sollten geändert werden

• Patches und Updates sollten zeitnah eingespielt werden

• Datenübertragungen sollten verschlüsselt erfolgen

Netzwerktopologie

Die geometrische oder logische Anordnung der Netzwerkstationen und wie sie untereinander mit dem jeweiligen Übertragungsmedium (Kabel oder Funk) verbunden werden.

Bus-Topologie

Netzwerktopologie, bei der alle Stationen über ein gemeinsames Übertragungsmedium miteinander verbunden sind

Vorteile:

• einfach zu installieren

• kostengünstig

Nachteile:

• eine Unterbrechung des Mediums führt zum Gesamtausfall

• geringe Netzausdehnung

Der Sendungsvorgang wird unterbrochen und nach Ablauf einer geissen Zeit wiederholt.

Je mehr Stationen, desto länger das Medium, desto höher die Wahrscheinlichkeit einer Kollision, desto geringer die Signalqualität.

durchtrenntes Kabel = Netzwerk funktionsuntüchtig

Kollision (Netzwerk)

Ein Konflikt zu Beginn einer Datenübertragung, der dann auftritt, wenn zwei oder mehr Stationen gleichzeitig auf demselben Übertragungsmedium senden wollen.

Ring-Topologie

Netzwerktopologie, bei der alle Stationen mittels eines geschlossenen Rings verbunden sind und jedes zu übertragende Datenpaket von Station zu Station weitergeleitet wird.

Vorteile:

• große Netzausdehnung

• verteile Steuerung

Nachteile:

• hoher Verkabelungsaufwand

• eine Störung einer Station führt zum Netzwerkausfall, sofern ds Netz nicht in eine Linientopologie wechseln kann.

Stern-Topologie

Netzwerktopologie, bei der alle Stationen ausschließlich über eine zentrale Station (z. B. einen Switch) miteinander kommunizieren

Vorteile:

• einfache Erweiterung

• hohe Ausfallsicherheit

Nachteile:

• hoher Verkabelungsaufwand

• Netzausfall bei Ausfall der Zentralstation

Ausfall der Zentralstation führt zum Ausfall des Gesamtnetztes.

Switch

Intelligentes Netzkoppelelement, das Netzwerksegmente miteinander verbindet und Steuerungs- sowie Kontrollfunktionen übernimmt.

Vermaschte Topologie

Topologie, bei der Netzwerkstationen mit vielen anderen Stationen verbunden sind

Vorteile:

• sehr hohe Ausfallsicherheit

• sehr große Netzausdehnung

Nachteile:

• erfordert komplexe Administration

• hohe Kosten

Beim Ausfall eines Systems = funktionsfähigkeit bleibt bestehen.

Vollvermaschtes Netz

Eine Netzwerktopologie, in der ausnahmslos alle Stationen mit jeweils allen anderen Stationen direkt vernetzt sind.

Netzwerkprotokolle

Weltweit einheitliche Kommunikationsprotokolle, die Regeln definieren, nach denen Computer in einem Netzwerk Daten austauschen und Gegenstellen im Netz adressieren.

TCP/IP-Referenzmodell

In den frühen 1970er Jahren vom US-Militär entwickeltes dezentrales Modell bestehend aus vier Schichten: Netzzugangsschicht, Internetschicht, Transportschicht und Anwendungsschicht.

Durch die dezentrale Organisation kann bei Störung weiterhin Kommunikaiton stattfinden.

Internet Protocol (IP)

Protokoll auf Schicht 2 des TCP/IP-Modells (Internetschicht), das für die logische Adressierung und das Routing von Datenpaketen zuständig ist.

IPv4-Adresse

Eine $32\,\text{Bit}$ (bzw. $4\,\text{Byte}$) große binäre Netzwerkadresse, aufgeteilt in Netz-ID und Host-ID, die maximal $2^{32}$ (ca. 4,3 Milliarden) Adressen bereitstellt.

A-Netz = 10.000 - 10.255.255.255 = 16,7 Mio.

B-Netz = 172.16.0.0 - 172.31.255.255 = 65.536

C-Netz = 192.168.0.0 - 192.168.225.225 = 256

Subnetting

Verfahren, mit dem Computer innerhalb eines Netzwerks mittels Subnetzmaske in logische Teilnetze aufgeteilt werden und der Anteil von Netz-ID zu Host-ID beliebig festgelegt werden kann.

Transmission Control Protocol (TCP)

Verbindungsorientiertes Transportprotokoll auf Schicht 3 (Transportschicht), das für Verbindungsmanagement und automatische Fehlerbehebung durch Bestätigung jedes Pakets sorgt.

Drei-Wege-Handschlag (Three-Way-Handshake)

Verbindungsaufbauverfahren bei TCP: Der Client sendet ein SYN-Paket, der Server antwortet mit SYN-ACK, und der Client bestätigt den Aufbau mit einem ACK-Paket.

IPv6-Adresse

Eine $128\,\text{Bit}$ lange Adresse, bestehend aus Präfix und Schnittstellen-ID, die $2^{128}$ (ca. $340\text{ Sextillionen}$ bzw. $1.500\,\text{Adressen pro } m^2\text{ Erdoberfläche}$) weltweit eindeutige Adressen ermöglicht.

Vorteil: jedes Gerät individuell mit einer weltweit eindeutgien IP-Adresse

Nachteil: aus datenschutzrechtlicher Sicht kritisch, deshalb:

IPSec (Security) = Direkt in IPv6 integriertes Sicherheitsprotokoll, das Datenpakete verschlüsselt, um datenschutzrechtliche Risiken weltweit eindeutiger IP-Adressen zu minimieren.

Dein Smartphone zuhause hat eine private IP - nach außen erscheint es mit der öffentlichen IP deines Routers.

IEEE 802.15.4

Übertragungsprotokoll mit geringem Energiebedarf für die ersten beiden ISO/OSI-Schichten, entwickelt für kostengünstige Hardware und konfliktfreien Parallelbetrieb.

Anwendungsbeispiele: intelligente Ausweisdokumente oder intelligente Batteriebetriebene Sensoren

6LoWPAN

Protokollstandard, der beschreibt, wie IPv6 über IEEE-802.15.4-Verbindungen genutzt werden kann, um ressourcenschwache Geräte ohne hohe Rechenleistung ins IoT einzubinden.

Ein IP-Router bindet das IPv4-Netzwerk an das 6LoWPAN-Netz an.

Thread

IP-basiertes Netzwerk mit einer Übertragungsfrequenz von $2{,}4\,\text{GHz}$ und einer auf wenige Meter begrenzten Reichweite; unterstützt von Unternehmen wie Google, ARM und NXP.

RFID (Radio-Frequency Identification)

Technologie zur kontaktlosen Identifikation, bei der Daten auf einem Transponder gespeichert und über Funk aus wenigen Metern Distanz von einem Lesegerät erfasst werden.

Transponder verfügen über Mikrochip und Kopplungseinheit (Antenne) und ein oder mehrere Transponder

Beispiel: Flughäfen (Gepäckverfolgung) Logistik (Containerverfolgung)

Vorteile:

• keine Sichtverbindung notwendig

• mehrere Transponder gleichzeitig lesbar

• unabhängig von äußeren Einflüssen (Schmutz, Hitze, Kälte)

3 Arten von Transpondern:

• passive transponder (nutzen Feldenergie des Lesegeräts)

• Semi-aktive Transponder (interne Batterie für Mikrochip und nutzen Feldenergie des Lesegeräts)

• aktive Transponder (interne Batterie für Mikrochip und senden von Daten)

Near Field Communication (NFC)

Drahtlose Übertragungstechnik basierend auf induktiver Kopplung für den Nahbereich von wenigen Zentimetern.

Vorteil: wenig Energie

Nachteil: physisch nah beieinander

ein aktives Gerät erzeugt ein magnetfeld durch das Daten übertragen werden können und ein passives Gerät, was sich wie ein RFID-Transponder verhält, eins im aktiven und eins im passiven Modus (z. B. für bargeldloses Bezahlen).

QR-Code

Zweidimensionaler Barcode, der Informationen anhand von schwarzen und weißen Quadraten in einer quadratischen Matrix binär darstellt.

nutzer sieht nicht, auf welche Webseite er geleitet wird.

ZigBee

Funkstandard mit Funktionalitäten zum Routing und Verschlüsseln von Datenpaketen. Übertragungsdaten sind im Vergelcih zu Bluetooth und Wlan deutlich geringer.

Anwendung:

• Industrie- und Automatisierungstechnik

• Medizintechnik (Patientendatenübertragung)

• Heimautomation und Gebäudesteuerung (Smart Home)

Vorteil: zeichnet sich durch geringe Leistungsaufnahme für jahrelangen wartungsfreien Betrieb aus.

Bluetooth Low Energy (Bluetooth LE)

Stromsparende Variante des Bluetooth-Standards mit sehr geringer Leistungsaufnahme und AES-Verschlüsselung über eine Distanz von mehreren Metern.

Wichtige Merkmale:

• sehr geringe Leistungsaufnahme

• eine AES-Verschlüsselung der Datenübertragung

Matter

Ein 2022 von der Zigbee Alliance mit Apple, Google und Amazon veröffentlichter Smart-Home-Standard zur Überwindung von Marktfragmentierung.

Ziel: Verbraucher können Geräte unterschiedlicher Hersteller integrieren.

Linked Data

Eine Ansammlung strukturierter, über das Web verknüpfter Datensätze mit definierten, maschinenlesbaren Beziehungen.

Resource Description Framework (RDF)

Ein Datenmodell des W3C für graphenorientierte Datenbanken, das Beziehungen als RDF-Statements bzw. Tripel aus Subjekt, Prädikat und Objekt beschreibt.

RDF-Schema (RDFS)

Schema-Sprache, die RDF-Tripeln eine semantische Struktur verleiht, indem sie Aussagen über Klassen, Unterklassen und Gruppenbeziehungen definiert.

Max studiert Informatik

Max rdf.type Student

Student rdfs:subclassof: Person

—> Wenn Max ein Stduent ist und Student eine Unterklasse von Person ist, dann ist Max eine Person.

Open Source Software / kommerzielle Software

Open Source Software: Quelltext frei zugänglich und lesbar, darf kopiert werden ohne Lizenzkosten

Kommerzielle Software: muss bezahlt werden, nicht einsehbar

Semantic Reasoner

Software, die aus einer Knowledge Base (Wissensdatenbank) durch logische Schlüsse automatisch neues Wissen ableitet und Konsistenzprüfungen vornimmt.

• Allgemeine Aussagen über Klassen (z.B. Stürmer ist eine Unterklasse von Spieler)

• Aussagen über individuelle Instanzen dieser Klassen (Thomas Müller ist ein Stürmer)

Inferenz

aus Informationen logische Ableitungen treffen

Konsistezprüfung

Prüfen, ob alle Statements der Wissensdatenbank widerspruchsfrei sind.

CEP (Complex Event Processing) & EDA (Event-Driven Architecture)

Ereignis (Event)

Änderung eines Zustands, z. B. Temperaturanstieg oder RFID-Signal.

EDA (Event-Driven Architecture)

Architekturstil, bei dem Systeme auf Ereignisse reagieren.

Ablauf: Ereignisquelle → Ereignisspeicherung → Ereignisbestand → Analyse → Aktion

CEP (Complex Event Processing)

Technologie zur Echtzeitanalyse und Korrelation großer Ereignisströme, um Muster und komplexe Ereignisse zu erkennen.

Komponenten eines CEP-Systems

• Ereignismodell: definiert Ereignistypen und Attribute

• Ereignisregel: legt Muster/Bedingungen fest

• Event Processing Engine (EPE): verarbeitet Ereignisse anhand von Regeln

• Event Processing Agent (EPA): erkennt Muster und löst Aktionen aus

Beispiel

Temperatur ↑ UND Druck ↓ → Alarm

Vorteile

• Echtzeitverarbeitung

• Automatische Mustererkennung

• Schnelle Reaktion auf Ereignisse

Merksatz

EDA erzeugt und verteilt Ereignisse. CEP analysiert die Ereignisse mithilfe von Regeln und erkennt daraus komplexe Ereignisse in Echtzeit.

NoSQL-Datenbanken

Nicht-relationale Datenbanksysteme (Dokument-, Key-Value-, Spalten- oder Graphdatenbanken), die für die Echtzeitverarbeitung großer und heterogener Datenmengen optimiert sind.

In klassischen Datenbansystemen werden Daten mithilfe von Tabellen gespeichert. Die Daten ändern sich nicht ständig dynamisch.

Primärschlüssel: Schlüsselspalte unverändert und eindeutig, kann als Fremdschlüssel funktionieren

Rationale Datenbanken sind für kleine Transaktionen ausgelegt. Nicht aber für Große

NoSQL Datenbanken achten auf folgendes:

• Basically Available (Verfügbarkeit ist wichtiger als Konsistenz)

• Soft State (nach Transaktionsende wird konsistenz fließend erreicht)

• Eventual Consitency (Schlussendlich sind die Daten konsistent)

Dokumentenorientiert, Key-Value, Spaltenorientiert, Graphdatenbank

Dokumentenorientiert = Speichert Datensätze als flexible Dokumente ohne festes Schema

Key-Value = Jeder Datensatz ist ein Schlüssel-Wert-Paar-Simple, aber extrem schnell

Spaltenorientiert = Daten werden Spaltenweise gespeichert statt Zeilenweise

Graphdatenbank = Speichert Knoten und Kanten = Ideal für Beziehungen

Cluster

Ein Rechenverbund aus mehreren vernetzten Computern, die gemeinsam komplexe Aufgaben ausführen.

MapReduce

Ein von Google entwickeltes Programmiermodell, das große verteilte Datenmengen zunächst in parallele Map-Prozesse (teilt die Arbeit auf viele Prozesse parallel auf die jeweiligen Server auf) zerlegt und deren Teilergebnisse durch Reduce-Prozesse zusammenfasst.

Warum ?:

• Zu langsam

• Daten liegen verteilt auf vielen Servern. Ein Server müsste erst alle Daten holen, um Anfangen zu können.

ACID-Prinzip

Klassische Transaktionsanforderungen relationaler Datenbanken: Atomicity (Atomarität), Consistency (Konsistenz), Isolation (Isolation) und Durability (Dauerhaftigkeit).

Social Engineering - Definition und Herausforderung

Eine Informatikdisziplin, die ein ingenieurmäßiges Vorgehen bei der Entwicklung großer Softwaresysteme beschreibt.

Herausforderung:

Die herausforderung bei der Entwicklung von Software für verteilte Systeme besteht darin, dass sich diese aus vielen autonomen Komponenten zusammensetzen, die unterschiedliche Funktionalitäten ausführen und für Nutzer nach außen als ein eiziges zusammengehörendes System erscheinen.

Entwicklungsprozesse (Social Engineering)

Designphase: Komplexität der Software wird auf ein handhabbares Maß reduziert + Reduzierung des Risikos von Fehlerentwicklung

Testphase: Trennung von Entwicklungs- und Testumgebung

Verteilte Systeme

Systeme aus vielen autonomen Komponenten, die über ein Kommunikationsnetzwerk gekoppelt sind und für Nutzer nach außen hin als eine einzige Einheit erscheinen: Ausfalltoleranz, Fehlertoleranz, Transparenz, Sklaierbarkeit, Offenheit

Eingebettete Systeme

Rechnersysteme, die speziell für einen eng definierten Anwendungszweck entwickelt und in ein technisches Gesamtprodukt integriert sind (z. B. ABS- oder Airbag-Steuerung).

Open Services Gateway Initiative (OSGi)

Framework, das die Steuerung und Vernetzung diverser Gerätearten ermöglicht und Module aus der Ferne installieren, starten, stoppen und deinstallieren kann.

Systemarchitekturen

Client-Server-Architektur

Peer-to-Peer Architektur

Client-Server-Architektur

Cleint und Server tauschen Anforderungen und Antworten miteinander aus.

Cache-Server: Serverkomponente, die angeforderte Daten zwischenspeichert, um die Antwortzeiten zu verkürzen und unnötige Anfragen an den Hauptserver zu vermeiden.

Proxy-Server: Netzwerkinstanz, die Anfragen stellvertretend weiterleitet und tiefgehende Kontroll-, Filter- oder Authentifizierungsfunktionen übernimmt. (benutzername und Passwort)

Peer-to-Peer-Architektur (P2P)

Netzwerkarchitektur, in der jeder teilnehmende Rechner gleichberechtigt sowohl Client- als auch Server-Funktionalitäten ausübt, ohne zentrale Koordinierungsinstanz. - nur mit hohem Aufwand

Softwarearchitekturen

zwei-Schichten-Architektur

drei-Schichten-Architektur

Middleware-Architektur

Zwei-Schichten-Architektur

Client-Rechner, auf dem neben dem Betriebssystem eine umfangreiche Anwendungssoftware lokal installiert ist und ausgeführt wird.

Vorteile:

• Einfach zu realisieren

• mit hohem INstallations- und Administrationsaufwand verbunden

Drei-Schichten-Architektur

Softwarearchitektur unterteilt in drei unabhängige Ebenen: GUI-Schicht (Benutzeroberfläche), Fachkonzeptschicht (Applikationslogik) und Datenhaltungsschicht (Datenbestände).

Vorteil: können unabhängig voneinander verwendet werden

Middleware

Anwendungszentrale Vermittlungssoftware, die als Schicht zwischen Betriebssystem (notwendige Software) und Applikationen fungiert und die Kommunikation zwischen Prozessen unterstützt.

= schnelle Integration neuer Anwendungen

Sensoren (IoT)

Technische „Sinnesorgane“, die physikalische Umgebungsparameter messen und in digitale Daten zur Weiterverarbeitung umwandeln.

Aktoren (IoT)

Funktionseinheiten, die auf veränderte Steuerungsparameter reagieren und diese in physikalische Aktionen oder digitale Reaktionen umsetzen.

IoT-Plattformen

Zentrale Softwaresysteme, an die smarte Geräte Daten über Gateways (via HTTP oder MQTT) senden, um sie zu speichern, auszuwerten und über APIs bereitzustellen.

Mikrocontroller

Kleinstrechner auf einer einzigen Platine, der Mikroprozessor, Arbeitsspeicher und Schnittstellen vereint und als Hardware-Basis eingebetteter Systeme dient = kleiner rechner auf einer Platine

Anwendung in: Industrieanlagen, Haushaltsgeräten, Netzwerggeräte

Raspberry Pi

Einsatz im Hobbyumfeld oder zur Aus- und Weiterbildung oder im Multimedia- und Smarthome-bereich eingesetzt. Als SoC = System - on - a - Chip) Integriert er noch mehr Schnittstellen in den CHips als herkömliche Mikrocontroller.

Vorteile:

• geringe Leistungsaufnahme

• vielfältige Einsatzmöglichkeiten

• geringe Anschaffungskosten

• kleine Abmessung

Arten:

Raspberry Pi (Standart): Vielseitig, Smarthome, Multimedia

Rasperry Pi Zero: sehr kompakter Einplatinenrechner (Abmessungen $ca.\,6{,}5 \times 3\,\text{cm}$, Preis $ca.\,5\,\text{USD}$), der für IoT, Hobbyprojekte und Bildung genutzt wird.

Raspberry Pi Compute Module: Für industriellen Einsatz in Laptop - Hauptspeicher - Steckplatz verbaubar mit integriertem Flash-Speicher

Smart Home / Smart Living

Sammelbegriff für intelligente Heimautomatisierungstechnologien in Bereichen wie Beleuchtung, Sicherheit, Haushaltsgeräten und Heizung/Klima zur Steigerung von Komfort und Sicherheit, die das WOhnen angenehmer und sicherer machen

Die Bewohner können über ein zentrales Kontrollsystem mit einheitlicher Oberfläche (Smartphones) viele Geräte steuern.

Herausforderung: Datenschutz - speicherung umfangreicher Datenbestände

verschiedene Übertragungsprotokolle (Bluetooth, Zigbee) nicht kompatible

Ambient Assisted Living (AAL)

Einsatz von IoT-Technologien zur Unterstützung älterer und beeinträchtigter Menschen für ein selbstbestimmtes, barrierefreies und sicheres Wohnen im gewohnten Umfeld.

Barrierefreiheit durch automatischer Türöffner, Heizungsregelung, Lichtschalter

mobile Notrufgeräte, Videoüberwachung, Sensoren für Türen und Fenster, Bewegungsmelder

intelligente Sensoten bei medizinischen Daten

Ziel: Pflegebedürftigkeit hinauszögern und Betroffenen ein weitgehend eigenständiges Leben zu ermöglichen.

Smart Energy / Smart Grid / Virtuelle Kraftwerke / Smart Meter

Smart Energy:

Gesamtheit aller Technologien zur effizienten Erzeugung, Speicherung, Übertragung und zeitlichen Steuerung des Verbrauchs von Energie. - nicht dringende Verbraucher können zeitlich verschoben werden

Smart Grid:

Intelligentes Stromnetz, das Angebot und Nachfrage mithilfe von Echtzeitdaten dynamisch ausbalanciert und volatile regenerative Energiequellen einbindet.

Dunkelflaute = regenerative Energie funktionieren nur, wenn das Wetter (Wasser, Wind, Sonne) es zulässt.

Energiespeicher bei hohem erzeugten Strommengen

Virtuelle Kraftwerke: Zusammenschaltung mehrerer dezentraler erneuerbarer Energiequellen (Wasser, Wind, Sonne), um den Lastbedarf flexibel und zeitnah zu decken.

Smart Meter:

Intelligente digitale Stromzähler zur präzisen Verbrauchserfassung, die jedoch Rückschlüsse auf Anwesenheitszeiten von Bewohnern ermöglichen können. (Datenschutz: Anwesenheit zu Hause)

Smart Factory (Industrie 4.0)

Mensch steuert und Überwacht durch Smartphones. Vollständig vernetzte Fertigungsumgebung intelligenter Maschinen zur:

• Erhöhung von Flexibilität und Auslastung

• Senkung von Vorlaufzeiten und Losgrößen

• geringe Ausfallzeiten

• Kostensenkungen (Kapitalkosten, Energiekosten, Personalkosten)

Medienbruch:

Eine Unterbrechung des automatisierten Informationsflusses, die entsteht, wenn Daten manuell zwischen verschiedenen Medien oder Systemen übertragen werden müsse

Größte Herausforderung: IT-Sicherheit. Besonders der unernehmensübergreifende Sicherheitsmanagementprozess - unter IEnbezug von Kunden und Lieferanten ist elementar für den Erfolg.

Smart Logistics

Einsatz von IoT-Technologien (z. B. Trackingsysteme, RFID-Tags, lückenlose Kühlkettenüberwachung) entlang der gesamten Lieferkette zur Effizienzsteigerung.

Bei Paletten / Stückgut: RFID-Tags - kein Sichtkontakt

Bei Paketen - Barcodes - Sichtkontakt zum Scanner

Nutzung:

• automatische Nachbestellung, wenn der Lagerbestand sinkt

• Lieferinformationsn an die Produktionsplanung übergeben, dass die Fertigung weiß, wann das Material kommt.

Was kann übergeben werden:

• Positionsdaten

• Betriebsdaten (km-Stand)

• Statusinformation zum Transportgut (Kühltemperatur)

Ziel:

• Lieferzeiten reduzieren

• Wettbewerbsvorteile (Preise erhöhen)

• unnötige Lagerauslastung vermeiden