Noch nie war eine so hohe Zahl von vernetzten Geräten verfügbar. Das Internet zählt bereits zu den größten und komplexesten, jemals von Menschen gebauten Systemen. Intelligente Geräte sind spätestens mit den Smartphones Teil unseres Lebens und übernehmen immer mehr die Steuerung und Optimierung von Prozessen.
Die neuen Möglichkeiten bringen jedoch auch neue Herausforderungen mit sich. Das Testen beschäftigt sich als eine wichtige Disziplin des Systems Engineering mit der Sicherstellung der nötigen Qualität von IoT-Produkten.
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Es geht um die Vernetzung
Im Internet der Dinge (IoT) liefern Sensoren vielfältige Informationen und fördern smarte Entscheidungen. Es erlaubt Menschen und Geräten von überall und zu jeder Zeit auf alle angeschlossene Produkte zuzugreifen und Informationen miteinander zu vernetzen. Schlaue und vernetzte Alltagsgegenstände können untereinander über das Internet zu jeder Zeit und an jedem Ort miteinander kommunizieren.
Dabei können das kleine Chips in Sensoren sein oder auch große Maschinen oder Anlagen. Ein wichtiger Aspekt ist die Interoperabilität der Schnittstelle und Güte des dabei angebotenen oder genutzten Dienstes. Eine große Schwierigkeit ist, dass aktuell nur sehr wenig branchenübergreifende Standards existieren. Meist wird auf bestehende low-level Standards, wie HTTP, Message Queue Telemetry Transport (MQTT), Constrained Application Protocol (CoAP) oder Extensible Messaging and Presence Protocol (XMPP) zurückgegriffen. Als Basis-Protokolle kommen Bluetooth Low-Energy (BLE), NFC (Near Field Communication), ZigBee oder WiFi zum Einsatz.
- Schaltkreisdesign
Geht es um Connected Devices, müssen Unternehmen sicherstellen, dass Chip-Design und -Entwicklung sich an den neuen Systemanforderungen orientieren. Applikationen, die beispielsweise von Batterien abhängig sind, brauchen unter Umständen spezielle Schaltkreise um den Energieverbrauch zu minimieren oder gleich mehrere Chips und Sensoren auf einer Platine. - Mikrocontroller-Programmierung
Das IoT besteht aus Milliarden kleiner, miteinander vernetzter Devices. Die meisten dieser Devices brauchen zumindest einen Mikrocontroller, um Daten verarbeiten zu können. Mikrocontroller sind günstige, energiesparende Chips, deren Programm- und Datenspeicher Teil des Systems sind. - AutoCAD
AutoCAD ist die derzeit am meisten verbreitete Design Software für Applikationen und erfährt aufgrund der Komplexität von IoT-Devices einen enormen Boom. Das liegt daran, dass gerade diese vernetzten Geräte nach völlig neuen Design-Grundsätzen entwickelt werden müssen – zum Beispiel wenn es um Hardware-Standardisierung oder Personalisierung geht. - Machine Learning
Smarte Appliances und Applikationen entstehen durch Machine-Learning-Algorithmen, die Sensordaten verarbeiten. Diese Algorithmen können zu Zwecken der Predictive Data Analysis verwendet werden. Das erfordert allerdings Experten für Big Data Management und Machine Learning. - Security-Infrastruktur
Laut einer Studie von TEKsystems hindert die steigende Angst vor Datenlecks Unternehmen maßgeblich daran, im IoT durchzustarten. „Firmen die bereits Erfahrung in Sachen Cloud Security haben, verfügen bereits über eine gute Basis. Allerdings machen die weitergehende Skalierung und Komplexität des Internet of Things die Dinge kompliziert. - Big Data
Das Internet der Dinge hat die Menge der Daten, die Unternehmen sammeln und auswerten, vervielfacht. Die Kunst besteht nun darin, redundante Datensätze direkt bei der Erhebung auszusortieren und relevante Daten zu schützen. - Elektrotechnik
Die nächste Generation der Connected Devices braucht nicht nur Software, sondern auch technische Expertise. - Security Engineering
IT-Sicherheit gehört zu den größten Sorgenkindern für den IoT-Markt. Prominente Datenlecks und Hacks haben nicht nur bei Unternehmen, sondern auch bei den Konsumenten ein neues Bewusstsein für IT-Security geschaffen. - GPS-Entwicklung
Der GPS-Markt steht dank des Internet of Things vor einer Renaissance. Insbesondere bei Unternehmen, die im Bereich Wearables, Connected Cars oder Logistik tätig sind.
Um den Protokoll-Overhead zu reduzieren, scheiden typische Internet-Protokolle wie HTTP/S aus und es wird öfters auf UDP und IP direkt gesetzt. Protokolle wie TCP/IP oder selbst HTTP, haben inzwischen mehrere Jahrzehnte auf den Buckel und wurden für ganz andere Nutzungsszenarien entwickelt und sind eher Server-, als Client-orientiert. Auch eher verbindungsorientiert als nachrichtenorientiert. Mit TLS 1.3 naht ein neuer Verschlüsselungsstandard, der die heutigen Anforderungen an eine sichere Übertragung besser wiedergibt als SSL.
Die Kommunikation ist bei IoT-Geräten meistens asynchron und nicht, wie bei typischen Web-Anwendungen, synchron. Insofern sind Fortschritte bei der effizienten Nutzung der Übertragungskapazitäten durch die Nachfolgerprotokolle, wie HTTP/2 oder TCP Fast Open gerade für IoT-Geräte zu begrüßen
Durch die Heterogenität und sehr unterschiedliche Leistungsfähigkeit der verwendeten Geräte müssen oft mehrere Protokolle unterstützt werden, um auf die unterschiedlichen Anforderungen oder Gegebenheiten reagieren zu können. Oft werden auch Gateways eingesetzt, um zwischen den unterschiedlichen Protokollen und Schnittstellen zu vermitteln.
Da sich in Hardware gegossene Software ganz anders verhält als typische Web-Anwendungen, kann zwar einiges an Wissen und Werkzeugen, das dort erworben wurde, wiederverwendet werden. Anstelle eines Monoliths aus einem Guss, hat man es im neuen Umfeld mit vielen kleinen unabhängigen Diensten und Systemen zu tun. Es gilt, in Bezug auf das Internet der Dinge nicht nur ein verteiltes System im Blick zu haben, sondern mit einer Vielzahl von verteilten und untereinander sehr unterschiedlichen Systemen (Systems-of-systems) zu operieren. Deshalb sollte man sich nicht nur mit geringen, unzuverlässigen und unsicheren Übertragungskapazitäten beschäftigen, sondern auch berücksichtigen, dass die Verarbeitung fehlertolerant und möglichst energieeffizient stattfindet.