Was ist das Internet der Dinge?

Da sich dieser Blog sowie meine Dissertation mit dem „Internet der Dinge“ sowie dessen Anwendungsmöglichkeiten auf Lern- bzw. Arbeitsprozesse beschäftigen, ist eine fundierte Begriffsdefinition die Basis zur Generierung weiterer Erkenntnisse. Wie bereits angekündigt geht es nunmehr im vorliegenden Blogbeitrag um die Definition des Begriffs „Internet der Dinge“ bzw. „Internet of Things“ (IoT).

Grundlage dieses Beitrags ist die Auswertung von über 30 Quellen unter dem Aspekt der Definition und Beschreibung des Begriffs „Internet der Dinge“ bzw. „Internet of Things“ (IoT). Die verwendeten Quellen stammen aus den Bereichen Politik (z.B. Europäische Kommission, BMWi), Wissenschaft/ Forschung (z.B. Fraunhofer, Universität St. Gallen) und Wirtschaft (z.B. Cisco, IBM, Siemens). Eine Übersicht der Kernaussagen ist auf Slideshare (hier) zu finden.

Unter Berücksichtigung o.a. Quellen ergibt sich zusammenfassend folgendes Begriffskonstrukt:

Der Begriff geht zurück auf das Auto-ID Center am Massachusetts Institute of Technology (MIT), das im Jahr 1999 erstmalig eine firmenübergreifende RFID-Infrastruktur entwarf. Kevin Ashton, der Mitgründer und damalige Leiter des Auto-ID Center, verwendete in einem Vortrag als Erster die Formulierung „Internet of Things“ (Fraunhofer 2015).

„I could be wrong, but I’m fairly sure the phrase „Internet of Things“ started life as the title of a presentation I made at Procter & Gamble (P&G) in 1999.”

(Ashton 2009)

Nach Ashtons Vision sollten Computer fähig sein, unabhängig vom Menschen Informationen zu beschaffen. Computer müssten die reale Welt begreifen – ohne von Menschen bedient zu werden. Sodann würden uns viele Verluste und Kosten erspart bleiben (Fraunhofer 2015).

Die Idee, dass eingebettete „(Mini-)computer“ (embedded systems) die Menschen unauffällig in ihrem Alltag unterstützen hat viele visionäre Vorläufer, welche nicht nur aus dem Science-Fiction Genre bekannt sind. Mark Weiser beispielsweise war ein US-amerikanischer Wissenschaftler (1952-1999) aus den Bereichen Informatik und Kommunikations-wissenschaften, der o.a. Visionen sehr detailliert in seinem bekannten Aufsatz The Computer for the 21st Century aus dem Jahr 1991 formulierte. In diesem Zusammenhang werden oft auch Begriffe wie Pervasive computing und Ubiquitous computing genannt, welche sich auf eine allesdurchdringende Vernetzung des Alltags durch den Einsatz „intelligenter“ Gegenstände und auf eine allgegenwärtige Informationsverarbeitung beziehen. In einem Report des BMWi aus 2007 wird dies wie folgt beschrieben:

„The concept of Ubiquitous Computing as well as Pervasive Computing or Ambient Intelligence represents a new form of invisible computing.”

(BMWi 2007)

Demnach geht es darum, dass die Ausstattung mit technischer Intelligenz quasi unsichtbar erfolgt und die Menschen unauffällig umgibt. Beispielsweise durch Wearables.

Allen Definitionen und Beschreibungen liegt zugrunde, dass sich die Funktionalität des „Internet der Dinge“ aus einer Kombination unterschiedlicher Technologien ergibt, welche in ihrer Gesamtheit eine neue Qualität der Informations-verarbeitung entstehen lässt (Fleisch & Thiesse 2014; Abicht et al. 2010). Weiterhin ist festzustellen, dass sich nahezu alle aktuellen Definitionen auf Ergebnisse der EU-Kommission beziehen:

„Gemäß einer während der deutschen EU-Ratspräsidentschaft im Jahr 2007 entwickelten Definition, ist das Internet der Dinge die technische Vision, Objekte jeder Art in ein universales digitales Netz zu integrieren. Ausgestattet mit einer eindeutigen Identität, befinden bzw. bewegen sie sich in einem „intelligenten“ Umfeld, wodurch eine Verbindung zwischen der physischen Welt der Dinge und der virtuellen Welt der Daten geschaffen wird. Während bislang noch überwiegend Computer und andere Netzwerk-geräte über eine Identität im weltweiten Internet verfügen, werden zukünftig auch zahlreiche Alltagsgegenstände wie z.B. Autos, Konsumgüter, Stromzähler, Objekte im Gesundheitswesen oder sogar Kleidungsstücke über das Netz angesteuert werden und selbständig miteinander kommunizieren können.”

(Horvath 2012).

Eben aufgeführte Formulierung spiegelt sich in nahezu allen aktuellen Definitionen wider, wobei die beschreibenden Substantive „von technischer Vision“ über „technische Konzepte“ bis zur „globalen Infrastruktur“ reichen.

Kaufmann (2015) formuliert die Definition beispielweise wie folgt:

„Das Internet der Dinge beschreibt eine globale Netzwerkinfrastruktur, an die Maschinen und Geräte angeschlossen werden.”

Ein wichtiges Merkmal des „Internet der Dinge“ sind die sogenannten „Smart Objects“ – diese entstehen dadurch, dass Alltagsgegenstände (Objekte/ Dinge) mit „technischer Intelligenz“ ausgestattet werden. Somit sind die Objekte in der Lage, ihre Umgebung wahrzunehmen und Informationen zu verarbeiten. Diese „technische Intelligenz“ kann sich dabei sehr stark unterscheiden und reicht von einer eher passiven Informationsaufnahme, -speicherung und verarbeitung bis zur autonomen Durchführung von Aktionen, indem sie auf ihre Umgebung reagieren und mit ihren Nutzern interagieren (Botthof & Bovenschulte 2009). Technologische Grundlagen sind hier insbesondere RFID, Sensorik und Aktorik.

Die Intelligenz entsteht dann in einem weiteren Schritt, nämlich in der Vernetzung dieser „smart objects“ untereinander sowie mit anderen Netzwerken zu informationsverarbeitenden Gesamtsystemen, auch „Cyber-Physical Systems“ genannt. Dadurch können die „vernetzten Dinge“ selbständig Informationen suchen, austauschen, auswerten und neue Daten generieren, was bisher ein Privileg der Menschen war.

„Each definition shares the idea that the first version of the Internet was about data created by people, while the next version is about data created by things.”

(Technopedia 2015)

Der Informationsaustausch erfolgt entweder lokal in geschlossen IT-Systemen (z.B. Feldbus, Intranet) oder eben auch global über das Internet. In diesem Zusammenhang ist die Entwicklung des Internet Protocol Version 6 (IPv6) von besonderer Relevanz, da faktisch jedem „Objekt“ im Internet der Dinge eine eindeutige IP-Adresse zugewiesen werden muss. Aufgrund der enorm hohen Anzahl an benötigten Einzeladressen ist IPv6[1] zumindest technologisch betrachtet in der Lage, das „Internet der Dinge“ allgegenwärtig werden zu lassen (Elektronik-Journal 2015).

IoT_Grafik

Zusammenfassend kann man „Smart Objects“ als allgegenwärtig, unsichtbar und autonom bezeichnen (Gabriel et al. 2010), welchen folgende charakteristische Eigenschaften zugrunde liegen (Fleisch & Thiesse 2014)

  • Identifikation,
  • Kommunikation,
  • Sensorik,
  • Aktorik,
  • Speicher,
  • Benutzerschnittstelle

und durch folgende, aktuelle Trends begleitet werden (Botthof, Bovenschulte 2009):

  • Miniaturisierung/Systemintegration,
  • Konvergenz,
  • Dezentralisierung,
  • Vernetzung,
  • Selbstorganisation.

Die nächst höhere Stufe der Intelligenz wird dadurch erreicht, dass nicht nur Dinge und Maschinen in einem Netzwerk untereinander (global) kommunizieren, sondern noch komplexere, automatisierte Vorgänge durch die Auswertung von Daten (Big Data) sowie durch die Berücksichtigung und Integration in Geschäftsprozesse durchgeführt werden können.

„More sophisticated approaches go beyond simple communication integration and target more complex interactions where collaboration of devices and systems is taking place. The cross-layer interaction and cooperation is pursued at

  • machine-to-machine (M2M) level where the machines cooperate with each other (machine focused interactions)
  • machine-to-business (M2B) level where machines cooperate also with network-based services and business systems (business service focus).”

(Galis & Gavras 2013)

Eine besonders umfassende Definition, die alle oben beschriebenen „intelligenten Teilaspekte“ des „Internet der Dinge“ berücksichtigt ist die folgende:

“IoT is a dynamic global network infrastructure with self configurating capabilities based on standard and interoperable communication protocols where physical and virtual „things“ have identities, physical attributes and virtual personalities, use intelligent interfaces and are seamlessly integrated into the information network.”

(Vermesan & Friess 2015).

Wie sich letztlich durch eine globale Vernetzung der „Smart Objects“ und Data Analytics das sogenannte „Internet der Dinge“ entwickelt wird sehr praxisnah von IBM auf YouTube erläutert. Denn erst durch das intelligente Zusammenwirken vieler einzelner Objekte werden sinnvolle und effizientere Lösungen für den Menschen realisierbar:

“When many objects act in unison, they are known as having ambient intelligence.

(Technopedia 2015)

In eben diesem „intelligenten Zusammenwirken zwischen Dingen, Technik und Prozessen“ liegt die besondere Herausforderung des „Internet der Dinge“, um aus „nice to have“- Anwendungen sinnvolle und nachhaltige Lösungen zu entwickeln und um bestehende (globale) Strukturen und Prozesse zu optimieren. In diesem Zusammenhang erhalten die Konzepte des „Future Internets“ eine besondere Relevanz, da diese die grundlegenden Faktoren des o.g. Zusammenwirkens abbilden. Das Internet der Dinge bettet sich demnach in das derzeit ebenfalls entstehende Szenario für ein zukünftiges Internet (future internet) ein, welches auf vier thematischen Säulen basiert, denen eine gemeinsame Netzwerkinfrastruktur zu Grunde liegt (Gabriel et al. 2010):

Future Internet_Grafik

Die zentrale Rolle des “Internet der Dinge” wird in Diskussionen um das “Future Internet” betont, wobei eine klare Abgrenzung zwischen „Internet der Dinge“ und „Future Internet“ zunächst schwammig erscheint, da die Begriffe in ähnlichen Kontexten genutzt werden und auch ähnliche Ziele verfolgen (globale Vernetzung, neue Geschäftsmodelle, Effizienz etc.). Nähere Erläuterungen zum „Future Internet“ sind beispielsweise einem Video des Semantic Technology Institute International – STI2 auf YouTube zu entnehmen.

Nach Galis & Gavras ist das „Internet der Dinge“ die technologische Basis, auf Grundlage derer Funktionen eines „Future Internets“ erst möglich werden.

“Internet of Things is seen as a key part of the Future Internet vision which will enable real-time interaction with the physical environment.

Billions of connected heterogeneous devices, sensing and actuating the physical environment in which they are embedded, and interacting among them or with remote users comprise the foundation of IoT.“

(Galis & Gavras 2013)

Das „Future Internet“ wird hierbei beschrieben als ein hoch komplexes System von Einzelsystemen, welches durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet ist:

  • Präzises Echtzeit-Monitoring
  • Entscheidungsfindung aufgrund komplexer Data-Analytics
  • Zeitnahes Management

Insbesondere im Logistik- und Produktionsbereich (Industrie 4.0) lassen sich durch o.a. technologisch basierten Funktionalitäten enorme Potentiale erkennen, welche in zahlreichen Studien näher untersucht wurden (vgl. z.B. Kelkar et al. 2014).

“Rob Lloyd von Cisco beziffert die Geschäftsmöglichkeiten im Internet der Dinge bis zum Jahr 2020 auf 14 Billionen $.“

(Andelfinger & Hänisch 2015)

Der Grund für diese milliardenschwere IoT-Markteinschätzung liegt wohl einerseits daran, dass bereits heute eine Vielzahl von Menschen & „Devices“ mit dem Internet verbunden sind und diese Anzahl drastisch zunimmt. Demnach ist es annähernd egal, ob es sich um 28, 32 oder 33 Milliarden vernetzter Geräte handelt. Mit zunehmender Zahl werden Geräte und Sensoren einen beständig anschwellenden, nie gekannten Datenstrom erzeugen. Große Informationsmengen müssen gesammelt, analysiert und gespeichert werden (Siemens 2014).

Andererseits zeichnet sich das „Internet der Dinge“ durch interdisziplinäre Anwendungsbereiche aus, d.h., dass die beschriebenen Technologien in unterschiedlichsten Wirtschaftsbereichen angewendet werden können und dadurch enorme Marktpotentiale ermöglicht. Laut Cisco soll „das Internet of Things bis 2020 auf ca. 50 Milliarden Dinge anwachsen (Cisco 2015).

Digitalisierung der Wirtschaft

Dieses große Potential birgt jedoch nicht nur Chancen, sondern auch ein beachtliches Risiko. Fragen zum Datenschutz und zur Datensicherheit werden in nahezu allen Artikeln zum „Internet der Dinge“ erwähnt (vgl. Vermesan & Friess 2015; Andelfinger & Hänisch 2015; Elektronik-Journal 2015; Cisco 2015).

Durch das „Internet der Dinge“ steigt die Anzahl vernetzter Geräte in der Cloud, dadurch haben potentielle Angreifer neue Möglichkeiten die Systeme z.B. durch Malware zu manipulieren oder sogar gänzlich zu zerstören. Um das zu verhindern, sind starke Kryptografie und sichere IT-Konzepte gefragt. Spezielle Hardware-Lösungen helfen, Schlüssel sicher zu speichern und Änderungen am Programm-code zu verhindern. Das „Internet der Dinge“ bietet jedoch nicht nur für „externe Angreifer“ neue Möglichkeiten der Manipulation. Auch die Unternehmen selbst können diese Technologien nutzen, um eigene Produkte oder Services „besser erscheinen zu lassen“ als sie tatsächlich sind. Ein interessantes Statement dazu hat kürzlich Sascha Lobo auf Spiegel Online veröffentlicht.

Laut einer aktuellen repräsentativen Umfrage des Instituts für Demoskopie Allensbach aus 2015 haben sich jedoch trotz der vielen Meldungen zu Hackerangriffen und Cyberkriminalität die in der Befragung geäußerten Sorgen der Bevölkerung hinsichtlich einer persönlichen Bedrohung nicht nennenswert erhöht, sondern im Vergleich zum Vorjahr sogar eher verringert.

Parallel zu offenen Fragen hinsichtlich Datenschutz und Datensicherheit ergeben sich zudem Lücken hinsichtlich einer gesetzlichen Grundlage.

„The Internet of Things (IoT) as an emerging global Internet-based information architecture facilitating the exchange of goods and services is gradually developing.

While the technical aspects are being discussed in detail a legal framework does not exist so far.“

(Weber 2013)

Die EU-Kommission arbeitet mit Expertenteams an einer Ausgestaltung gesetzlicher Rahmen-bedingungen, welche einerseits neue Geschäftsmodelle und Funktionen legitimieren (z.B. vollautonomes, assistiertes Autofahren) und andererseits den Aspekten Datenschutz und Datensicherheit den entsprechenden Rechtsschutz bieten sollen. Folgende Teilbereiche werden diesbezüglich näher betrachtet und rechtliche Paragraphen derzeit ausgearbeitet (vgl. ebenda):

  • Privacy and data protection
  • Security and safety
  • Ethics
  • Object identifiers and interoperability
  • IoT governance
  • Standards for meeting policy objectives

FAZIT:

Technologisch betrachtet ist bereits heute vieles aus dem Bereich „Internet der Dinge“ Realität und die Anwendungen entwickeln sich kontinuierlich und schnell weiter. Die alltägliche, unsichtbare und intelligente Durchdringung in einem global vernetzten „Future Internet“ ist bereits abzusehen. Wichtig an dieser Stelle der Entwicklung ist es, die aktive Gestaltung dieses Prozesses auf allen Ebenen nachhaltig zu betreiben. Das bedeutet, dass Aspekte der Sicherheit, Interoperabilität und Wirtschaftlichkeit sowie die dafür notwendigen gesetzlichen Rahmenbedingungen zeitnah diskutiert und zum Wohle der Gesellschaft ausgearbeitet werden müssen.

Darüber hinaus müssen die Technologien an den Bedürfnissen der Menschen ausgerichtet werden, welches die Entwicklung sinnvoller und Nutzen stiftender „Use-Cases“ beinhaltet. Eine Übersicht zu aktuellen und zumindest teilweise sinnvollen Anwendungen aus dem Bereich „Internet der Dinge“ ist in einer Präsentation von WHY own it auf Slideshare zu finden.

Besonders auffallend ist, dass der Anwendungsbereich der „Bildung“ im Zusammenhang des „Internet der Dinge“ nahezu komplett unbeachtet bleibt, obwohl massive Veränderungen auch im Bildungsbereich abzusehen sind. In einem Interview aus 2014 mit Siemens beschreibt Prof. Elgar Fleisch diese Entwicklungen folgendermaßen:

“Die einfache Wissensvermittlung wird zum Nutzen aller automatisiert: etwa über didaktisch gut aufbereitete Videovorträge. Für die vertiefende Diskussion danach braucht man dann wieder den persönlichen Kontakt zum Lehrer oder Professor.“

Derartige Auswirkungen werden derzeit insbesondere im Bereich des „Wissensmanagements“ diskutiert – hierzu gibt es vielfältige (Forschungs-)Aktivitäten (MOOCs, BarCamps, Kongresse etc.). Diese beziehen sich jedoch in der Regel „nur“ auf Veränderungen innerhalb des digitalen Lernens bzw. auf IT-gestütztes (online-)Lernen.

Das „Internet der Dinge“ bietet jedoch auch im Bildungskontext über die Verbindung von realen Dingen mit der digitalen Welt weit mehr Möglichkeiten zu lernen, indem komplett neue Lernumgebungen gestaltet werden. Beispielsweise durch den Einsatz von VR-Brillen oder anderen Projektionsflächen. Auch die Anwendung des „Internet der Dinge“ innerhalb von ganzheitlich betrachteten „analogen Raumkonzepten“ findet derzeit wenig Beachtung.

Diesen und weiteren Fragen wird sich der folgende Blogbeitrag widmen, in welchem es darum gehen wird, das „Internet der Dinge“ im Rahmen von ganzheitlichen Raumkonzepten auf den Bildungskontext anzuwenden.

Anmerkung zu IPv6:

[1] Heise-Online: IPv6 definiert einen weit größeren Adressraum, nämlich 2128 oder […] rund 340,28 Sextillionen. Das genügt, um jeden Quadratmillimeter der Erdoberfläche inklusive Ozeanen mit rund 600 Billiarden Adressen zu bepflastern (Zivadinovic 2007).

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