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2021 | OriginalPaper | Chapter

10. End-to-End-Architekturen zur Datenmonetarisierung im Industrial Internet of Things (IIoT)

Konzepte und Implementierungen

Author : Christoph F. Strnadl

Published in: Monetarisierung von technischen Daten

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Das Wertschöpfungspotenzial des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT), also des Verbindens arbiträrer Objekte mit dem Internet, liegt im Aufschließen und in der nutzenstiftenden Verarbeitung der circa 80 Zettabyte (1 ZB = 1021 Bytes) an Daten, die von den voraussichtlich 40 Mrd. IoT-Endpunkten produziert werden (Prognose für 2025). Dieser Beitrag behandelt die informationstechnischen Voraussetzungen, die es herzustellen gilt, um dieses Potenzial realisieren zu können. Die Quantität und Heterogenität der besonders im Industrial IoT (IIoT) anzutreffenden Geräte und Maschinen der Industrie bedingen dabei den Einsatz einer typischerweise Cloud-basierten IoT-Plattform zur logischen Bündelung und zum effizienteren Management dieser im Industriekontext unvermeidbaren Komplexität. Stringente nicht-funktionale Anforderungen besonders im Hinblick auf (niedrige) Latenz, (hohe) Bandbreite, Zugang zu großen Rechenkapazitäten sowie Sicherheits- und Vertraulichkeitsaspekte bedingen in der Folge den Einsatz von intermediären IoT-Gateways verschiedenster funktionaler Ausprägungen im Edge-Kontinuum zwischen IoT-Endpunkten und IoT-Plattform in der Cloud. Dies wird an Hand zweier Praxisfälle aus der Perspektive einer Komponentenarchitektur illustriert. Schließlich argumentieren wir, dass dieses klassische Konzept von IoT-Projekten strategisch in Richtung Applikationsintegration (Stichwort: IT/OT-Integration) und API-Management erweitert und über eine Integrations- bzw. API-Management Plattform an die IoT-Plattform angekoppelt werden muss, um im Rahmen eines End-to-End-Verständnisses von IoT/IIoT dem innovationsstiftenden Transformationscharakter von Industrie 4.0 gerecht zu werden.

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Footnotes
1
einschließlich von tags, wie bspw. radio frequency identification (RFID) tags, oft passive Elemente, die erst durch (in der Regel elektromagnetische) Kopplung mit einem weiteren (oft nur Lese-)System in einem begrenzten Ausmaß eine unidirektionale (Tag ⇒ System) bzw. mitunter auch bidirektionale (Tag ⇔ System) Datenkommunikation erlauben.
 
2
man denke etwa Stellmotoren, Ventile, Pumpen, aber auch pneumatische Kolben u.v. a.m.
 
3
Darüber hinaus war der Begriff M2M um 2010 auch der begriffliche Vorläufer von IoT, ohne dass man damals allerdings der peer-to-peer (P2P)-Kommunikation einen so hohen Stellenwert eingeräumt hat [6].
 
4
Eine derartige extensive Umsetzung von IIoT ist in der industriellen Praxis derzeit nach Kenntnisstand des Autors deutlich nicht erkennbar.
 
5
Man spricht hier auch von einem cyber-physical system (CPS).
 
6
Diese Unterscheidung zwischen dem allgemeineren Begriff IIoT gegenüber dem eher eng geführten Industrie 4.0 hat sich in der wissenschaftlichen Praxis allerdings noch nicht durchgesetzt. Siehe etwa [8], wo zahlreiche Quellen bspw. IIoT und Industrie 4.0 einfach gleich setzen.
 
7
Hier sind tatsächlich europäische „Billionen“ gemeint: 1 Billion = 1.000 Mrd.
 
8
Projekterfahrungen des Autors.
 
9
Hypertext transfer protocol/representational state transfer, das Standardprotokoll in der API-Ökonomie.
 
10
constrained application protocol.
 
11
message queuing telemetry transport.
 
12
Für diesen Fachbegriff hat sich kein passender deutscher Ausdruck etabliert. Die in [2] ventilierte Bezeichnung als “Infrastruktursoftware» ist deutlich zu weit gefasst und entspricht nicht dem Einsatz in der Praxis, die sich – nach Ansicht des Autors völlig zu Recht – nach wie vor an [21, 24] orientiert.
 
13
Das gelingt nur auf Seite der sogenannten north-bound interfaces. Die Komplexität auf der south-bound Seite der IoT-Middleware kann nicht eliminiert, sondern nur besser sichtbar und damit effizienter steuerbar gemacht werden.
 
14
application programming interface.
 
15
entsprechend dem englischen Begriff für Automatisierungstechnik (AT), operational technology (OT).
 
16
ohne den (oft zu beobachtenden) Kategoriefehler zu begehen, Begriffe über ihre Funktionen und Leistungen zu definieren, wie das bspw. bei [40] der Fall ist. Die Frage „Was ist ein Auto“ wird eben nicht durch den Satz „Ein Auto hat vier Räder, vier Sitze, einen Motor und ein Lenkrad“ beantwortet.
 
17
Eine deutschsprachige Übersetzung für die Verwendung von “Edge” im Kontext von IoT hat sich (noch) nicht herausgebildet.
 
18
In diesem Sinne wird Fog Computing zutreffenderweise als “cloud computing closer to the ground” bezeichnet [55].
 
19
bspw. mit Einsatz von Ölfiltern oder ohne.
 
20
controller area network.
 
21
message queuing telemetry transport, ein nachrichten-orientiertes Client/Server Protokoll.
 
22
Da es sich hier um kanonisches Protokoll für typische industrielle Feldbusse, wie bspw. Modbus, Profibus, Controller Area Network (CAN), handelt, das für die Kommunikation zwischen Edge-Device (hier einem IoT-Gateway) und der IoT-Plattform in der Cloud optimiert ist.
 
23
Vorteile ergeben sich in funktionaler (vor allem durch das Ausdehnen plattformspezifischer Abstraktionen auf die Edge-Devices) und nicht-funktionalere Hinsicht, wie bspw. Bandbreiten- und Latenzreduktion, Sicherheit, Zentralisierung der Verantwortlichkeiten und Erhöhung der Agilität.
 
24
im Englischen tenant.
 
25
business-to-business.
 
26
communication services provider.
 
27
z. B.: IoT-Plattform sendet Befehle an das Gerät bis hin zu einem Update der Software auf dem Gerät.
 
28
Open Platform Communications – universal architecture. Ein service-orientiertes Protokoll zur Anbindung und Steuerung von Maschinen.
 
29
light-weight M2M (protocol). Ein Client/Server Protokoll zum Device Management.
 
30
Im Gegensatz zu Personenzügen, bei denen jeder einzelne Personenwaggon über einen Anschluss an ein Stromnetz verfügt, ist dies bei Güterzügen nur für das Zugfahrzeug („Lokomotive“) der Fall. Die Güterwaggons selbst haben keinen Zugang zu elektrischer Energie.
 
31
narrow-band IoT, ein 4G/5G Standard.
 
32
Projekterfahrungen des Autors.
 
33
wo also das Ergebnis der Analyse sehr rasch, sozusagen on the fly (in der Größenordnung von Sekunden), verfügbar sein muss.
 
34
der sogenannte lambda fork (eigene Bezeichnung). In der obigen Architektur befindet sich diese Aufspaltung (fork) nach der IoT-Plattform; für extrem hohe Datenströme wird dieser Verzweigungspunkt mitunter auch vor die IoT-Plattform bzw. an einen geeigneten Punkt im Edge-Kontinuum gelegt.
 
35
Dies führt eigentlich dazu, dass die Systeme auf der rechten Seite der Abbildung teilweise mit den Ursprungssystemen auf der linken Seite überlappen und das Architekturdiagramm derart mit einer Torus-Topologie versehen.
 
36
Richtlinie (EU) 2015/2366 vom 25. Nov. 2015 (Payments Service Directive 2, PSD2).
 
37
hierbei handelt es sich um die Anwendung der klassischen Architekturregel “separation of concerns”.
 
38
integration PaaS.
 
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Metadata
Title
End-to-End-Architekturen zur Datenmonetarisierung im Industrial Internet of Things (IIoT)
Author
Christoph F. Strnadl
Copyright Year
2021
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Book
Monetarisierung von technischen Daten

Print ISBN: 978-3-662-62914-7

Electronic ISBN: 978-3-662-62915-4

Copyright Year: 2021

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-62915-4_10

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