Eine neue IoT-Standard-Welt entsteht

M2MNetzwerke

Im Bereich IoT tun sich völlig neue Anforderungen auf. Eine davon ist die Standardisierung. Es gibt zahlreiche Initiativen und Konsortien, doch bislang laufen diese Bestrebungen parallel nebeneinander her. Ein de-Facto-Standard scheint noch in weiter Ferne.

Das Internet of Things verspricht uns eine schöne, neue Welt, in der Gegenstände untereinander und Menschen mit Gegenständen nahezu zeitlich und räumlich unbegrenzt kommunizieren, in der jede Kaffeetasse zur Datenproduzentin werden kann. Nahezu jede Handlung soll Daten erzeugen, deren Auswertung vor Ort oder in einer Cloud neue Einsichten ermöglicht und möglicherweise auch Aktionen anstößt.

Bei der sensorbestückten Tasse im Café wird vielleicht der Ober informiert und fragt, was wir noch bestellen möchten. Das industrielle Pendant sind Maschinen, die durch die von ihnen generierten Daten selbst darauf hinweisen, dass sie gewartet werden müssen, um nur ein Beispiel zu nennen.

IoT bringt eine neue Diemension in die Gleichung ein. (Bild: ITU)
IoT bringt eine neue Diemension in die Gleichung ein. (Bild: ITU)

Doch damit dies alles überhaupt funktionieren kann, braucht man neben neuen Produkten, die die entsprechenden digitalen Technologien enthalten, auch neue Standards – insbesondere für die Kommunikation der Geräte untereinander und für die Sicherheit, um nur zwei Aspekte aus dem breit gefächerten Anwendungsfeld zu nennen. Bestehende, etablierte Kommunikationsprotokolle und –technologien sind auf den fortwährenden Transport kleiner Datenmengen zwischen Milliarden von Quellen schlicht nicht ausgelegt.

Schematische Darstellung des Internet of Things und die möglichen Verbindungen zwischen, physischen Dingen, Geräten, Gateways und virtuellen Dingen. Durch den Vorschlag der ITU ist zumindest der Begriff IoT klar umrissen. (Bild: ITU)
Schematische Darstellung des Internet of Things und die möglichen Verbindungen zwischen, physischen Dingen, Geräten, Gateways und virtuellen Dingen. Durch den Vorschlag der ITU ist zumindest der Begriff IoT klar umrissen. (Bild: ITU)

Die Industrie hat das erkannt. Derzeit rollen auf verschiedenen Ebenen Standardisierungswellen an. Angesichts zahlreicher Akteure, unterschiedlicher Protokolle und sonstigen Vorgaben, fällt es allerdings heute noch schwer, den Überblick zu behalten.

Wir haben hier eine Auswahl der wichtige Standardisierungsgremien und -themen getroffen – ohne Anspruch auf Vollständigkeit, denn dafür ist die Standardisierung- und Gremienlandschaft im Bereich IoT einfach zu dynamisch. Immerhin ist der Begriff IoT von der ITU (International Telecommunication Union) schon mal definiert, und zwar in der Empfehlung: ITU-T Y.2060: Demnach ist das Internet der Dinge eine “globale Infrastruktur für die Informationsgesellschaft, die neuartige Dienste durch die Verbindung (physischer und virtueller) Dinge ermöglicht und auf bestehenden und sich entwickelnden interoperablen IuK-Technologien beruht.”

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Die Arbeit der Gremien

Im Übrigen beschäftigt sich ITU-T in ihrer Study Group 20 insbesondere mit den Implikationen von IoT und IoT-Applikationen auf intelligente Städte und Gemeinden. Zu den Kernaufgaben gehört die Standardisierung von Ende-zu-Ende-Architekturen für IoT, Interoperabilitätsmechanismen für IoT-Applikationen und Datensets, die diverse vertikale Industriebranchen zur Verfügung stellen, sowie die Bewertung der Nutzung von IoT.

Ein weiteres Gremium, das sich seit geraumer Zeit mit dem Thema IoT befasst, ist die Object Management Group (OMG). Sie fokussiert sich besonders auf neue Standards für das Industrial Internet of Things und hat unter anderem auch das Industrial Internet Consortium ins Leben gerufen, an dem sich neben AT&T, Cisco, GE und IBM auch deutsche Unternehmen wie Siemens, Bosch und SAP beteiligen.

Die Website der OMG listet beim Thema Internet of Things diverse Aktivitäten auf: Das DDS (Data Distribution Services)-Protokoll beispielsweise macht verbundene Maschinen, Unternehmenssysteme und mobile Geräte interoperabel. Im Bereich Automotive arbeitet die OMG an einem Dependability Assurance Framework für Systeme für Endanwender. Es soll in Fahrzeugen eingesetzt werden und Zusammenstöße zwischen autonomen Autos, LKWs und Bussen und anderen, nicht automatisierten Verkehrsteilnehmern (Fahrradfahrer, Fußgänger) verhindern. Außerdem entsteht ein Komponenten-Modell (Unified Component Model), das einfach sowie mit mehreren Middleware-Standards kompatibel  ist und wenig Kommunikation erzeugt.

Besonders viele Aktivitäten laufen bei der IETF (Internet Engineering Task Force). Schon seit 2005 arbeitet die IETF daran, IPv6 über drahtlose energiesparsame Personal Area Networks nach IEEE 802.15.4 einzusetzen (6LoWPAN). Die entsprechende Arbeitsgruppe hat die entwickelten Verfahren anschließend auf Bluetooth, Z-Wave, DECT und das in der Gebäudeautomatisierung verwendete Kommunikationsprotokoll RS-485 zu übertragen. In Arbeit ist derzeit ein Standard, der IPv6 für Kommunikationsverbindungen mit zeitschlitzgesteuertem Kanalwechsel zugänglich macht (6TSCH, Time Slot Channel Hoppping). ROLL (Routing over Low-Power and Lossy Networks, RFC 6550) mit Erweiterungen erlaubt das Routing auch in schwachen, unzuverlässigen Netzen – Voraussetzungen, die bei  IoT oft gegeben sein dürften.

Besonders wichtig ist CoAP (Constrained Application Protocol, RFC 7252), das analog zu http funktioniert, aber stark vereinfacht ist. Dazu kommen Erweiterungen für Gruppenkommunikation (RFC 7390), für einfache Server-Pushs, um Ressourcen zu beobachten (RFC 7641) und ein Mechanismus für Selbstbeschreibung (RFC 6690) von Systemen. Die für das Thema zuständige Gruppe arbeitet derzeit beispielsweise an einem vereinheitlichten Datenformat für Sensormessungen. Die IETF-Arbeitsgruppe HTTPBis werkelt an http/2, einem an IoT angepassten http-Nachfolger.

Industriekonsortien mischen fleißig mit

Die Open Mobile Alliance, die Standards für Mobiltelefone entwickelt, bietet mit Lightweight M2M ein Protokoll für die M2M-Kommunikation in IoT-Umgebungen in einer Client/Server-Struktur. Dabei liegt der Client als Software-Library, Funktion oder Modul auf dem Device.

Ein weiteres, ursprünglich von IBM und inzwischen zu OASIS übergegangenes IoT-Kommunikationsprotokoll ist MQTT. Das Messaging-Protokoll belastet die Netze nur sehr wenig und arbeitet mit einem Publish-Subscribe-Mechanismus.

Die OPC Foundation hat mit OPC UA (Open Platform Communication –Unified Architecture) beschreibt Maschinendaten semantisch und transportiert sie. Dieses Protokoll wird immer öfter in Maschinen eingebaut.

Qualcomm steuert mit AllJoyn ein Anwendungsentwicklungs-Framework als Open Source bei, das inzwischen von der AllSeen Alliance verwaltet wird. Es dient dazu, Systeme zu verbinden. Gedacht ist das Frameworks für Peer-to-peer-Netze im Nahraum mit unterschiedlichen Transporttechnologien.

NEST, Samsung, ARM und andere haben mit Thread ein neues drahtloses IP-Protokoll entwickelt, damit intelligente Endgeräte besser angebunden werden können, insbesondere im Smart Home. Sie haben mit der Thread Group auch gleich ein Gremium gegründet. Angeschlossene Geräte kommunizieren mit Thread vermascht und verbrauchen dafür extrem wenig Strom. Andere 802.15.4-Technologien sollen leicht auf Thread umgerüstet werden können.

Die Grobstruktur des IoTivity-Frameworks: rotbraun hinterlegt die Kommunikationstechnologien auf der physischen Ebene, grün: das IoTivity framework und hellbraun die IoTivity-Profiles, die auf verschiedene Anwendungen zugeschnitten sind. (Bild: OCF)
Die Grobstruktur des IoTivity-Frameworks: rotbraun hinterlegt die Kommunikationstechnologien auf der physischen Ebene, grün: das IoTivity framework und hellbraun die IoTivity-Profiles, die auf verschiedene Anwendungen zugeschnitten sind. (Bild: OCF)

Die jüngste Initiative dürfte aktuell die Open Connectivity Foundation (OCF) sein, der so unterschiedliche Firmen wie GE Digital, Cisco, Electrolux, Intel, Microsoft, Cablelabs, Qualcomm und Samsung angehören. Sie will sich um die Entwicklung einer einheitlichen Open-Source-Spezifikation für die sichere, zuverlässige Vernetzung aller Geräte im IoT bemühen. Sie tritt damit die Nachfolge des Open Interconnect Consortium an.

Derzeit liegt Version 1.0 der Spezifikation vor. Sie umfasst Kernfunktionen, Sicherheit, ein allgemeines Device für das Smart Home, ein grundlegendes Ressourcenschema für Smart Homes und die Anwendung von Remote-Access-Mechanismen. Erstes Produkt ist das Open-Source-Connectivity-Framework IoTivity, das vom Internet kostenlos heruntergeladen werden kann.