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Serie: Internet of Things

Auf der Suche nach einem IoT-Standard

02.02.2017

Das Internet der Dinge (Internet of Things / IoT) verheisst mehr Umsatz, höhere Effizienz, weniger Kosten und ermöglicht neue Geschäftsmodelle. Viele Unternehmen zögern jedoch, den Schritt in die Digitalisierung zu tun. Für jeden zweiten Betrieb sind fehlende IoT-Standards eine Hürde, wie der VDE-Trendreport 2016 (Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik) „Internet of Things / Industrie 4.0“ zeigt.
IoT-Standards gesucht

„Wie ein Telefonanruf in China“

Man sollte meinen, mit dem Internet-Protokoll sei auch im Internet of Things eine globale Ende-zu-Ende-Kommunikation möglich. Auf der Netzwerkebene des sogenannten OSI-Schichtenmodells trifft das auch weitgehend zu. „Das ist aber nur so hilfreich wie ein Telefonanruf in China, wenn man kein Chinesisch spricht“, sagt Professor Axel Sikora, wissenschaftlicher Direktor des Instituts für verlässliche Embedded Systems und Kommunikationselektronik (ivESK) an der Hochschule Offenburg. „Solange die Maschinen auf der Anwendungsebene unterschiedliche Sprachen sprechen, verstehen sie sich trotz bestehender Verbindung nicht.“
Zumindest für die Anbindung von Maschinen an Cloud-Services setzen sich mittlerweile einige häufig genutzte Protokolle auf der Anwendungsschicht durch. Hierzu zählen vor allem MQTT (Message Queue Telemetry Transport) für den Nachrichtenaustausch zwischen Geräten, LWM2M (Lightweight Machine-to-Machine) zum IoT-Gerätemanagement und OPC-UA (Open Platform Communication Unified Architecture) für die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation.

OPC-UA: Ein zukunftsfähiger IoT-Standard?

Der OPC-Standard lässt bereits heute verschiedene Maschinen in industriellen Anlagen miteinander sprechen. Die Spezifikation OPC-HDA beispielsweise wird zur Übermittlung von Verlaufsdaten genutzt, OPC-DA dient der Übertragung von Echtzeitdaten und via OPC-AE lassen sich Alarme und Ereignisse übermitteln. Für diese Anforderungen sind allerdings auch drei unterschiedliche Anwendungen nötig. 
OPC-UA als verbindender Protokoll-Stapel zwischen den verschiedenen Schichten setzt dagegen auf offene, plattformunabhängige Protokolle, die neben PCs auch Cloudserver unterstützen, darüber hinaus Internetstandards wie TCP/IP und neben Microsofts Windows auch andere Betriebssysteme wie Googles Android, Apples iOS oder Linux und Unix. „OPC-UA hat sich in den vergangenen Jahren eine herausragende Stellung insbesondere im Bereich der industriellen Automation erarbeitet und wird sicherlich einer der Mitspieler sein, die das Geschehen über Jahre oder auch Jahrzehnte beeinflussen werden“, prognostiziert Sikora.  

Echtzeit-Kontrolle und -Synchronisation von Maschinen

Was OPC-UA momentan noch nicht leisten kann, ist eine Echtzeitkommunikation, die möglichst geringe Latenzzeiten erfordert. Hierfür arbeiten mehrere Industrieunternehmen, darunter ABB, Bosch, Cisco, General Electric und Kuka, an der OPC-UA-Erweiterung TSN (Time Sensitive Networking) als neuem, auch echtzeitfähigem Standard. Die Hersteller wollen in ihren künftigen Produkten dieses einheitliche Kommunikationsprotokoll unterstützen, um Echtzeit-Kontrolle und -Synchronisation von Maschinen über ein Standard-Ethernet-Netzwerk zu ermöglichen. In der Industrieautomation vereinheitliche Ethernet zwar die physische Schicht, sagt Sikora. Allerdings gebe es dort noch zahlreiche Industrial-Ethernet-Varianten auf der Sicherungsschicht. „Vielleicht wird es TSN gelingen, diese teilweise unnötige Vielfalt abzulösen.“

Bei den IoT-Standards nicht aufs falsche Pferd setzen

Doch wer legt eigentlich die Standards fest? Die Spezifikationen für OPC-UA TSN beispielsweise hat die OPC Foundation gemeinsam mit dem Industrial Internet Consortium (IIC) entwickelt. „Betrachtet man die Prozesse der Standardisierung über die vergangenen Jahre, dann stellt man jedoch eindeutig fest, dass die offiziellen Standardisierungsgremien mehr und mehr ihre Rolle als Trendsetter verlieren und immer öfter nur noch das übernehmen, was in Industriekonsortien, Allianzen oder lockerer organisierten Ökosystemen vorgedacht wurde“, sagt Sikora. Ein weiterer Trend zeige sich erst seit einigen Jahren: dass nämlich sehr grosse Unternehmen wie Amazon, Google oder Samsung „nicht einmal mehr Konsortien bilden, sondern ihre Lösungen unmittelbar in den Markt drücken.“ 
Dies könnte eine potenzielle Sackgasse sein für Unternehmen, die den Schritt ins Internet der Dinge planen. Bei der Umsetzung der Digitalisierung sei es wichtig, möglichst offene Entwicklungen zu nutzen und voranzutreiben, sagt Sikora. „Leider versuchen auch in diesem Markt einige, vor allem grosse Player weiterhin, Kunden an ihre geschlossenen Produkte zu binden. Meist sind hierfür die Einstiegshürden besonders niedrig. Aber dieser günstige Einstieg kann im Nachhinein sehr teuer werden, wenn man hierbei auf ein falsches Pferd gesetzt hat.“

Vor Ort oder in der Cloud – eine wichtige Entscheidung

Stellt man allerdings die richtigen Überlegungen an, bevor man beispielsweise seine Fabrik mit dem Internet der Dinge vernetzt, ist das Geschäftspotenzial erheblich. Unternehmen sollten vorab definieren, was in die Cloud soll und was nicht. „Alles das, was lokal oder regional ausgetauscht werden kann, sollte auch dort gehalten werden“, empfiehlt Sikora. Viele einfachere Services könnten Unternehmen durchaus auch lokal vorhalten, Datenspeicher zum Beispiel. Dies habe auch etwas mit dem sicherheitstechnischen Prinzip der Datensparsamkeit zu tun, das für Privatpersonen und für Unternehmensinformationen gleichermassen gelte.
Sollen sich jedoch Geräte und Maschinen verschiedener Hersteller über eine gesamte Lieferkette verstehen, kann die Cloud ihre Stärken ausspielen. Öffentliche Infrastrukturen bringen immer dann Vorteile, wenn standort- oder herstellerübergreifend Daten ausgetauscht und umfangreiche Dienste genutzt werden sollen oder wenn Redundanz ein wichtiges Thema ist. IoT-Plattformen aus der Cloud verfügen über passende Schnittstellen, um die Maschinen anzubinden, und stellen entsprechende Bridges oder eine Middleware bereit. „Ein wesentliches Element ist auch, dass die Cloud die Maschinen zwingt, eine populäre Sprache zu verwenden“, sagt Sikora. „Nicht übersehen darf man hierbei aber, dass die Übersetzung zwischen verschiedenen Cloud-Anbietern immer noch schwierig ist.“ 

Das Prinzip learning by doing: Wer nicht mit der Zeit geht, geht mit der Zeit

Ein übergreifender, verbindender IoT-Standard über alle Schichten hinweg ist also noch nicht gefunden – das sollte Unternehmen aber nicht davon abhalten, schon jetzt eine IoT-Strategie zu entwickeln. „Es ist wichtig, sich möglichst frühzeitig einen entsprechenden Platz in der Wertschöpfungskette zu sichern, bevor dies andere tun“, sagt Sikora. Learning by doing und das Lernen aus Fehlern seien in diesem innovativen Bereich bedeutsam und oft auch produktiv.