IoT-Plattformauswahl

Wieso IoT-Plattformen nutzen?

Die Integration von IoT in Ihren Betrieb ist ein wichtiger Schritt in die Zukunft der Digitalisierung. Das Auslesen von Sensoren oder Steuern von Aktoren kann über Edge-Geräte einfach vorverarbeitet und von einem zentralen Dienst vereint werden. Dabei hat man die Wahl, ob man eine Cloud-, On-Premise- oder Hybridlösung für die Bereitstellung des Dienstes nutzt. Der Dienst verarbeitet die neu gewonnen Daten, hilft bei Entscheidungen zu Business-Prozessen und liefert nützliche Informationen zur Optimierung von Produktionsabläufen. In der folgenden Grafik sehen Sie einen Überblick über ein IoT-Netzwerk, wie es auch in Ihrem Betrieb bald eingesetzt werden könnte.

Aufbau eines klassischen IoT-Netzwerks.
Quelle: eigene Darstellung

Die notwendigen Schritte für die Nutzung der Prototypen sind schnell skizziert, doch selbstverständlich denken Sie an die Nutzung unter Realbedingungen. Sie fragen sich, ob Ihre Daten sicher transportiert werden, oder ob der Ansatz auch mit mehreren hundert Geräten möglich ist. Das wiederum wirft die Frage auf, wie man all diese Geräte denn auf dem neuesten Stand halten kann? Wie kann man sie konfigurieren? Wie aufwendig ist die Kommunikation zwischen unterschiedlichen Geräten? IoT-Plattformen versuchen diese und viele weitere Problemstellungen zu lösen.

Die angebotenen Services hängen von der konkret ausgewählten Plattform und vom Anbieter ab. Die große Bedeutung der IoT-Plattformen spiegelt sich auch im riesigen Angebot wider: In einer Statistik von 2019 wurden über 600 unterschiedliche Plattformen genannt.

Doch auch wenn die Suche nach der richtigen Plattform nicht einfach ist: Es lohnt sich!

Anwendung von IoT-Plattformen

Da die Anforderungen einer IoT-Plattform direkt vom IoT-Projekt bestimmt werden, ist es schwierig, Vorteile ganz allgemein zu benennen. Eher lohnt sich ein Blick auf einige klassische IoT Use-Cases:

• Ein häufiger Wunsch ist es, die eigenen Assets zu überwachen und bei Problemen automatisch benachrichtigt zu werden. Dieser Anwendungsfall wird als Condition Monitoring bezeichnet. Neben einfachen Benachrichtigungen kann das System gegebenenfalls direkt über Aktoren physikalische Gegenmaßnahmen einleiten. Besonders das regelbasierte Ausführen von Aktionen auf mehreren unterschiedlichen Maschinen ist eine Stärke von IoT-Plattformen.
• Ein weiteres Projekt könnte die Realisierung einer Remote Control Lösung sein. Durch die Möglichkeit aus der Ferne Maschinen und Geräte zu bedienen oder zu überwachen soll die Produktivität gesteigert werden. Eine sichere Kontrolle und Konfiguration mehrerer unterschiedlicher Maschinen wird durch eine IoT-Plattform erleichtert. In diesem Zusammenhang spielt die Form des Datentransportes eine zentrale Rolle. Eine Plattform hilft hier mit bereits vorgefertigten Implementierungen die Zeit bis zur Integration zu minimieren. Weiterhin werden durch die bereitgestellten Schnittstellen von IoT-Plattformen auch neue Anwendungsgebiete erschlossen.

IoT-Plattform oder Eigenlösung

IoT-Plattformen gewinnen in der modernen Industrie immer stärker an Bedeutung. Gerade durch schnelles Time-to-market und den Support dominiert in Betrieben der Einsatz von „Fertiglösungen”. Jedoch bringen voreilige Entscheidungen Probleme mit sich. Wie bei jeder anderen Neuerung bilden sich neben neuen Anwendungsmöglichkeiten und Zukunftsversprechen auch überzogene Erwartungen. Genauso verhält es sich mit IoT-Plattformen. Als Berater informieren wir Sie über wichtige Vor- und Nachteile und zeigen Ihnen die Stärken und Probleme der Plattformen auf.

Aufgrund der unterschiedlichen Zielsetzungen der Anbieter muss die Wahl der Plattform mit Bedacht stattfinden. Eine unüberlegte Entscheidung könnte schnell eine idealere Plattform ignorieren, oder aber die Option der Eigenentwicklung zu schnell verwerfen.

Die Nutzung einer fertigen Plattform kann zu einem „Vendor-lock-in” führen mit dem Nachteil, dass dieser hohe Lizenz-, Nutzungs- und Supportkosten mit sich bringt. Auch die Integration der Plattform in bereits bestehende Systeme und Prozesse kann einen hohen Arbeitsaufwand bedeuten. Trotz dieser Nachteile reduziert die Nutzung einer IoT-Plattform in der Regel die Time-to-market für eigene IoT-Projekte, da viele Komponenten bereits entwickelt und unter Realbedingungen erprobt worden sind. Solche Plattformen werden auf einfache Geräteverwaltung und Skalierbarkeit optimiert. Zu den wichtigsten Vorteilen einer IoT-Plattform zählen damit:

• Reduzierte Time-to-market
• Erprobte Software mit Support
• Einfache Geräteverwaltung
• Optimiert auf Skalierbarkeit

Die Skalierbarkeit ist ein wichtiger Faktor für ein erfolgreiches Modernisieren Ihrer Firma und Ihrer Produkte. Bei einer Eigenentwicklung werden die Skalierbarkeit und ein einfaches und sicheres Gerätemanagement wahrscheinlich die größte Herausforderung darstellen. Damit verbunden ist ein hoher Entwicklungsaufwand und die daraus resultierenden Kosten. Durch die notwendige Instandhaltung der Software mit Anpassungen oder Updates fallen weitere laufende Kosten an. Dafür garantiert eine maßgeschneiderte Lösung, dass Sie sich perfekt in existierende Systeme und Prozesse integrieren lässt. Es werden keine Abhängigkeiten zu anderen Unternehmen aufgebaut und die Software kann, je nach Bedarf, angepasst werden. Ab einer gewissen Größe könnte sich aus dieser maßgeschneiderten Lösung eine eigene IoT-Plattform entwickeln, die sich an andere Unternehmen weiterverkaufen lassen würde. Die Hauptgründe für eine Eigenentwicklung sind:

• Individualisierte Lösung
• Garantierte Integration in bestehende Systeme
• Keine Abhängigkeit zu IoT-Plattform-Anbietern und deren Preislisten
• Kein Vendor-lock-in

Wie Sie sehen gibt es sowohl gute Gründe für eine bestehende IoT-Plattform, als auch dagegen. Die starken Unterschiede zwischen den Plattformen erschweren eine kompetente Entscheidung. Wir bei Novatec helfen Ihnen gerne dabei herauszufinden, ob sich der Einsatz einer IoT-Plattform bei Ihnen lohnt. Gerne beraten wir Sie auf der Suche nach der optimalen Lösung und bieten Ihnen unsere Expertise an.

Connectivity-Plattform

Die sogenannte Connectivity-Plattform, auch Verbindungsplattform genannt, grenzt sich von den anderen Lösungen insofern ab, dass sie auf die mobile Konnektivität von IoT-Geräten spezialisiert ist. Angenommen Sie stellen Sensoren her, die die chemischen Eigenschaften von Ackerböden messen. Um die Daten senden zu können, benötigt man eine Mobilfunkverbindung. Da die Sensoren an vielen unterschiedlichen Standorten platziert werden, ist es für Sie wichtig, dass überall Empfang vorhanden ist. Der Empfang ist wiederum abhängig vom gewählten Mobilfunkanbieter. Das Konfigurieren der unterschiedlichen Sensorgruppen kann dadurch schnell unübersichtlich werden.

Eine Verbindungsplattform hilft hier bei der Verwaltung der Verbindungen und der Rechnungen. Manche wählen automatisch den besten Anbieter für den Standort aus, ohne dass eingegriffen werden muss. Man kann jedoch auch Gruppen von Sensoren an einen bestimmten Anbieter binden, wovon die anderen unberührt bleiben. Weiterhin vereinfachen solche Plattformen die Abrechnung, da in der Regel nur am Ende des Monats eine Rechnung pro Kunde fällig wird und nicht für jeden Sensor eine einzelne erstellt werden muss. Weitere Funktionen einer Connectivity-Plattform sind das mögliche Begrenzen, das Provisionieren oder aber auch das Deaktivieren von Dateiübertragungen.

Die Eigenschaften einer Connectivity-Plattform

• Verbindung vom Sensor/Aktor mit dem Server
• Verwaltung der Verbindungen
• Abrechnungsmanagement
• Provisionieren/Begrenzen von Datenraten

Wie man erkennen kann, ist diese Art der Plattform sehr spezialisiert, kann jedoch komplementär mit anderen IoT-Plattform-Typen genutzt werden.

IoT-Hub

Ein IoT-Hub ist die zentrale Anlaufstelle aller gesendeten Daten einer IoT-Lösung. Meist werden bidirektionale Verbindungen unterstützt, so dass auch vom Hub Befehle an die Geräte gesendet werden können. Dabei stellt ein Hub auch die wesentliche Funktion „Device Management” bereit. Über diese werden alle verbundenen Devices verwaltet und konfiguriert. Häufig beschränkt sich die Verwaltung nicht nur auf einige Dutzend Geräte, weshalb die möglichst unkomplizierte Handhabung eine entscheidende Rolle spielt. Einige IoT-Hubs bieten auch die Möglichkeit automatisch (Firmware-)Updates anzustoßen. Neben dem Device Management verwaltet ein IoT-Hub auch den Weiterverarbeitungspfad der Daten. Ein Hub wird normalerweise als Cloudlösung angeboten und lässt sich damit einfach mit anderen IoT-Services des Providers verbinden. Das macht jedoch die Integration in bereitgestellte Infrastruktur notwendig.

Als Beispiel greifen wir den Bodensensor wieder auf. Die Sensoren verbinden sich beim Starten mit einem IoT-Hub. Der Hub authentifiziert jedes Gerät und prüft, ob eine neue Firmware vorhanden ist. Ist das der Fall, können weitere Schritte eingeleitet werden, um einen Updateprozess durchzuführen. Die Hauptfunktion ist die Verwaltung der empfangenen Daten, wobei der Hub entscheidet, zu welchen Endpunkten die jeweiligen Daten gesendet werden sollen. Beispielsweise könnten die Daten langfristig auf einem Server gespeichert werden, um Datenansammlungen längerer Zeiträume analysieren zu können. Da der Hub alle Informationen über die verbundenen Geräte besitzt, können auch fehlende oder defekte Geräte erkannt werden. Zudem ist eine zentrale Eigenschaft von Hubs die Skalierbarkeit, wodurch die Komplexität bei der Verwaltung der Daten und der Geräte mit steigender Anzahl der Devices nicht zunimmt.

Zusammenfassend stehen in einem IoT-Hub die IoT-Geräte und die Verbindung zwischen diesen und der Plattform im Vordergrund. Die Weiterverarbeitung der Daten wird durch IoT-Services realisiert.

Die zentralen Eigenschaften und Funktionen von IoT-Hubs

• Device Management
• Verwaltung der Kommunikation
• Weiterleitung der Daten
• Sicherstellung von Skalierbarkeit
• Interaktion mit weiteren IoT-Services

Application-Enablement-Plattform

Application-Enablement-Plattformen (AE-Plattform) fokussieren sich auf die Entwicklung von IoT-Lösungen in Business-Prozessen. Bei dieser Plattformart steht die Verarbeitung und Auswertung von IoT-Daten im Vordergrund.

In solchen Plattformen sind ebenfalls Device Manager integriert und bauen zum Teil auf den IoT-Hub-Plattformen auf. Im Unterschied zu einem modular erweiterbaren IoT-Hub werden Komponenten bei AE-Plattformen häufig nicht als eigenständige Services angeboten, sondern sind von Beginn an integriert.

Schnittstellen zu eigenen oder externen Applikationen stellen bei Application-Enablement-Plattformen eine wesentliche Eigenschaft dar. Die zugrunde liegende Infrastruktur wird (meist) abstrahiert, wodurch keine Einarbeitung notwendig wird.

Angewandt auf das Beispiel mit den Bodensensoren: Als Hersteller der Sensoren könnte man neben der Bereitstellung der Sensoren auch damit verbundene Services anbieten. Beispielsweise könnte man den Kunden bei der Überschreitung bestimmter Grenzwerte automatisch benachrichtigen und entgegenwirkende Maßnahmen empfehlen. Dabei wäre die Überschreitung des Grenzwerts das „Event” und die Verbindung mit der darauffolgenden Aktion die „Rule”.

Die wesentlichen Funktionen einer Application-Enablement-Plattform

• Rule Engines, Event Manager, …
• Einfache Visualisierung der Daten
• Schnittstellen mit eigenen Lösungen
• Abstrahieren darunter liegender Infrastruktur

Unterscheidung IoT-Hub und Application-Enablement-Plattform

Die Differenzierung zwischen einer AE-Plattform und einem IoT-Hub ist teilweise nicht einfach. Der zentrale Unterschied ist die Stufe, auf der man entwickelt.

Security-Hardened-Plattform

Die Sicherheit des Netzwerks wie auch der Daten ist ein kritischer Faktor jedes IoT-Systems. Das gilt selbstverständlich auch für IoT-Plattformen. Aus diesem Grund wird Security zu einem entscheidenden Faktor bei der Auswahl einer IoT-Plattform. Gerade wegen der Schichtarchitektur muss die Sicherheit für jedes Layer und deren Kommunikation untereinander garantiert sein. Die Hersteller setzten zur Sicherung der Kommunikation verschiedene Techniken ein, um den Anforderungen der Entwickler oder des Anwendungsgebiets gerecht zu werden:

• Verschlüsselte Kommunikation
• Authentifizierung von Nutzern und mit dem Gerät verbundenen Systemen
• Zugriffs- und Authorisierungskontrolle

Welche Sicherheitstechnologien genutzt werden müssen, hängt von der Domäne ab. Beispielsweise müssen Geräte, die im medizinischen Bereich genutzt werden, besonders hohe Anforderungen an die Sicherheit der Daten und an die Zugriffsrechte für Aktoren erfüllen. Dann hilft eine Security-Hardened-Plattform, um den Weg vom Gerät bis in die Cloud so sicher wie möglich zu gestalten. Die notwendigen Daten, die für Services gebraucht werden, können dann über Schnittstellen aus der Cloud bezogen und verarbeitet werden.

Durch die Bereitstellung zertifizierter Hard- und Software garantieren die Security-Hardened-Plattformen, dass weder Hardwaremanipulationen noch unsichere Verbindungen mit der Cloud möglich sind. Da solche Plattformen auch die Daten in der Cloud verarbeiten und bereitstellen wird auch sichergestellt, dass keine Daten durch fehlerhafte Konfigurationen öffentlich einsehbar sind.

Für Security-Hardened-Plattformen spielen die folgenden Eigenschaften und Funktionen eine zentrale Rolle

• Zertifizierte Hard- und Software
• Strenge Zugriffskontrolle und Rechteverwaltung
• Sicherer Datentransport vom Sensor bis zur Cloud ohne Mehrarbeit

Welche Anwendung passt zu Ihnen?

Anwendungen für IoT zu entwickeln kann eine besonders anspruchsvolle Aufgabe darstellen. Gründe sind die hohe Komplexität von verteilten Systemen, verschiedene Kommunikationsprotokolle sowie fehlende Richtlinien für die Low-Level Kommunikation. Fertige IoT-Plattformen beseitigen diese Probleme, in dem sie eine einfache Grundlage für Verbindungen mit den nötigen Schnittstellen anbieten.

Jedoch macht eine unüberschaubar große Menge an IoT-Plattformen mit einer noch unüberschaubareren Anzahl an Features einen guten Überblick schwer. Aus diesem Grund haben wir die IoT-Plattformen in vier verschiedene Typen aufgeteilt. Dadurch wird es einfacher sie zu differenzieren und miteinander zu vergleichen.

Zugegeben, auch nach der Auswahl des richtigen Typs für ein Projekt hat man gewiss mehr als ein paar Anbieter zur Auswahl. Erschwerend kommt hinzu, dass kein mögliches Business-Model durch die falsche Wahl ausgeschlossen werden sollte. Dies gilt besonders dann, wenn man unsicher ist, ob das neue IoT-Projekt den erwünschten Mehrwert schafft.

Wir helfen Ihnen gerne dabei alle Fragen zu klären und gemeinsam einen Schritt in die Zukunft der Digitalisierung zu wagen!