IoT-Plattform-Auswahl: Überblick und Plattformtypen

Mit der steigenden Bedeutung von IoT in der Industrie und darüber hinaus ist die Zahl der angebotenen IoT-Plattformen exponentiell gestiegen. Welche Typen von IoT-Plattformen gibt es derzeit auf dem Markt und wie treffen Sie die richtige IoT-Plattform-Auswahl für Ihren Anwendungsfall?

Möglicherweise benötigen Sie eine IoT-Plattform, die sich nur um die Konnektivität oder die Verwaltung von IoT-Geräten innerhalb Ihres Netzwerks kümmert, mit oder ohne erweiterte Analysefähigkeiten.

Möglicherweise benötigen Sie aber auch App-Entwicklungsfunktionen und die Möglichkeit, Ihre Machine-Learning-Modelle direkt am IoT-Edge einzusetzen.

Die folgende Grafik bietet einen Überblick über die IoT-Architektur und vermittelt eine Übersicht von den Architekturschichten, die IoT-Plattformen abdecken:

Was sind die wichtigsten Komponenten einer IoT-Plattform?

IoT-Plattformen sind vielschichtige Lösungen. Die Bausteine einer IoT-Plattform umfassen typischerweise die folgenden IoT-Architekturschichten:

Konnektivität

Konnektivität ist die eine absolut notwendige Komponente bei der Entwicklung eines IoT-Systems. Eine IoT-Plattform kann so einfach sein wie eine Software-Infrastruktur, die die Konnektivität zwischen Objekten in der physischen Welt ermöglicht und verwaltet.

In der heutigen komplexen Konnektivitätsumgebung ermöglicht ein solides Konnektivitätsmanagement die sichere Einbindung verschiedener IoT-Geräte sowie die Verwaltung von Multiprotokoll- und Multinetzwerkverbindungen.

Darüber hinaus verfügt jede IoT-Plattform über eine Konnektivitätsschicht, die eine Vielzahl von Diensten ermöglicht. Dazu gehören unter anderem die Datenerfassung, die Überwachung und Steuerung sowie die Verwaltung von Assets.

Datenmanagement

Datenmanagement ist die Praxis der Entwicklung und Überwachung von Architekturen und Software, die den Wert und die Verfügbarkeit von Daten erhöhen. Dies beinhaltet Protokollierung, Speicherung, Verarbeitung und Transaktionsmanagement. Das IoT-Datenmanagement übernimmt die Verwaltung von Daten, die von vielen verschiedenen Orten und vielen verschiedenen Datentypen stammen. Es umfasst die Datenextraktion, -speicherung, -verarbeitung und -analyse.

Cloud-Computing-Dienste

Die Verarbeitung großer Datenmengen in kommerziellen IoT-Umgebungen erfordert in der Regel ein Cloud-Backend, das die Datenerfassung, -speicherung, -verarbeitung und -analyse zuverlässig und sicher gestaltet und darüber hinaus eine Service-Orchestrierung durchführt.

IoT-Geräteverwaltung

Das IoT-Gerätemanagement kann den gesamten Lebenszyklus eines IoT-Geräts umfassen. Es beinhaltet Geräteregistrierung, Geräteidentifikation, Updates, Authentifizierung, Protokollierung, Fernverwaltung, Fehlerbehebung, Rebooting und Gerätediagnostik. Auf diese Weise überwachen Sie alle Ihre angeschlossenen physischen Assets von einer Plattform aus.

Anwendungsentwicklung

Eine neue Erscheinung in der Welt der IoT-Plattformen ist die Möglichkeit, direkt in einer Cloud-IDE zu programmieren, die vollständig in die Plattformumgebung integriert ist. Plattformen wie Portainer.io, Particle.io und Record Evolution ermöglichen es, Apps zu schreiben und sie in Sekundenschnelle bereitzustellen, während man gleichzeitig Live-Feedback vom Gerät erhält und die App-Performance beobachtet. Over-the-Air-Entwicklung (OTA) wird derzeit von den wenigsten IoT-Plattformen angeboten.

Application-Enablement

Im Wesentlichen bedeutet dies die Bereitstellung von Aktionsmanagementsystemen zur Definition von Regeln und Triggern für automatisierte Jobs und Dienste, einschließlich der Bereitstellung von Anwendungslogik zur Koordinierung der Datenflüsse und Ausführung bestimmter Aktionen. Dank dieser Fähigkeit können Entwickler benutzerdefinierte Anwendungen erstellen, integrieren und verwalten.

Security-by-Design

Die meisten IoT-Plattformen verfügen über integrierte Sicherheitsfunktionen. Diese garantieren hohe Standards für Datenschutz und Identitätsmanagement über Netzwerke, Geräte und Cloud-Dienste hinweg. Datenintegrität, der zusätzliche Schutz bestimmter proprietärer Datentypen, Autorisierungsmechanismen, Authentifizierung, Identifizierung und Verschlüsselung sind alle Teil der Sicherheitsschicht der IoT-Plattform und können auf verschiedenen Ebenen funktionieren.

Die IoT-Plattform-Auswahl: Welche Typen von IoT-Plattformen gibt es derzeit auf dem Markt?

Da verschiedene Märkte unterschiedliche Middleware-Anforderungen haben, können IoT-Plattformen auf Basis der für Endnutzer bereitgestellten Dienste und ihrer Rolle innerhalb der IoT-Wertschöpfungskette klassifiziert werden. Plattformen, die die Bedürfnisse von Privatanwendern erfüllen, haben beispielsweise andere Funktionen als Plattformen für industrielle IoT-Anwendungen oder solche, die auf den Automobil-, Fertigungs-, Finanz-, Landwirtschafts- oder Energiesektor zugeschnitten sind.

Den Unterschied zwischen generalisierten IoT-Plattformen und industriellen IoT-Plattformen erklären wir im Artikel An IIoT Platform, an IoT Platform, or MES: What’s the Difference and How to Pick One?

Heute ist es Standard, dass eine IoT-Plattform M2M-Kommunikation, Interoperabilität und End-to-End-Security-by-Design bietet. Mehr noch, bei der IoT-Plattform-Auswahl wird von IoT-Plattformen auch erwartet, dass sie über KI-Funktionen und maschinelles Lernen verfügen.

IoT-Plattformen lassen sich in die folgenden Kategorien einteilen:

Plattformen für das Konnektivitätsmanagement

Auch hier handelt es sich um eine der grundlegendsten und dennoch hochspezialisierten und weit verbreiteten Arten von IoT-Plattformen. Sie umfassen die Orchestrierung der Konnektivität, das Verbindungsmanagement sowie verschiedene Kommunikationsdienste für IoT-Geräte. Solche Plattformen kümmern sich auch um das Billing-Management.

Plattformen für das Konnektivitätsmanagement haben die folgenden Fähigkeiten:

• Verbindungsmanagement,
• Abrechnungs-/Billing-Management,
• Konnektivität zwischen Sensoren und Servern,
• Verwaltung von Datenraten.

Geräte-Management-Plattformen

Den Überblick über eine wachsende Flotte unterschiedlicher Geräte zu behalten, ist eine der häufigsten Herausforderungen in der Welt des IoT. Daher haben sich IoT-Geräte-Management-Plattformen in den letzten Jahren zunehmend etabliert.

Zu den Funktionen von IoT-Geräte-Management-Plattformen gehören unter anderem:

• Geräte-Bereitstellung,
• Geräte-Authentifizierung,
• Protokollierung,
• Fernüberwachung und -steuerung von Geräten,
• OTA-Verwaltung,
• Software-Aktualisierungen,
• Sicherheits-Patching,
• Troubleshooting und mehr.

IoT-Analytik-Plattformen

Das Sammeln und die Auswertung von IoT-Daten erfordert eine robuste IoT-Analytics-Infrastruktur, die sich nicht nur um das Sammeln und Verarbeiten großer Datenmengen, Data Mining und den Aufbau von ML-Lösungen kümmert, sondern auch Speicherkapazitäten für strukturierte und unstrukturierte Daten beinhaltet.

Die Kernfunktionen von IoT-Analytikplattformen umfassen:

• IoT-Datenerfassung über kompatible Kommunikationsprotokolle,
• Datenverarbeitung, einschließlich Transformation, Modellierung und Erstellung von langfristigen Datenhistorien,
• skalierbare Datenspeicher-Cluster, die sowohl strukturierte als auch unstrukturierte Daten enthalten können,
• erweiterte Datenanalyse-/Big-Data-Analysefunktionen,
• flexible Reporting- und Datenvisualisierungstools, die leicht angepasst werden können.

Application-Enablement-Plattformen

Application-Enablement-Plattformen spezialisieren sich auf die Entwicklung kundenspezifischer IoT-Lösungen mit dem Fokus auf Datenverarbeitung und Erkenntnisgewinnung. Diese Plattformen haben in der Regel viele eingebaute Anwendungen und verfügen auch über Schnittstellen zu externen Anwendungen oder zur eigenen Software.

Einige der Funktionalitäten einer Application-Enablement-Platform sind:

• Rule Engines,
• hochgradig anpassbare Werkzeuge zur Datenvisualisierung,
• die Abstrahierung der zugrunde liegenden Infrastruktur.

Der IoT-Orchestrierungs-Hub

Statt einer einfachen Konnektivitätsmanagement- oder Gerätemanagement-Plattform sind die meisten IoT-Plattformen auf dem Markt derzeit eine Kombination aus mehreren Diensten rund um IoT. Diese können in unterschiedlichem Maße umfassend sein. Manchmal decken sie nur einen Teil der Wertschöpfungskette ab und manchmal bieten sie eine End-to-End-Lösung in nur einem Angebot.

Der IoT-Orchestrierungs-Hub ist der Ort, an dem alle Dienste rund um die IoT-Lösung zusammenkommen. Sie gewährleisten Konnektivität, nahtloses Gerätemanagement von einem einzigen Standort aus sowie transparentes Datenmanagement und Datenverarbeitung. Da Hubs in der Regel als Cloud-Services angeboten werden, spielt auch ihre Skalierbarkeit eine Rolle. Orchestrierungs-Hubs sind in der Regel als offene Lösungen aufgebaut und können mit einer Vielzahl von IoT-Diensten integriert werden.

Zu den wichtigsten Funktionen von IoT-Orchestrierungs-Hubs gehören:

• Kommunikationsmanagement,
• Weiterleitungsfunktionen,
• IoT-Geräteverwaltung,
• Integration mit Analysediensten.

Die Entwicklungsfokussierte IoT-Plattform

Einige IoT-Plattformen setzen sich für eine Verbesserung der Entwicklerfreundlichkeit ein und bieten eine Reihe von Diensten, die es Entwicklern besonders leicht machen, zusammenzuarbeiten und Anwendungen zu entwickeln.

Plattformen wie Siemens Mindsphere und Record Evolution bieten Entwicklern zusätzlich einen Marktplatz, oder “eine Plattform innerhalb der Plattform”, auf dem sie ihre eigenen Apps und App-Vorlagen anbieten können.

Entwicklungszentrierte Plattformen legen auch einen Fokus auf Community-Building und IoT-Zusammenarbeit. Kollaborationsfunktionen werden bei der IoT-Plattform-Auswahl immer wichtiger.

Einige der Funktionen von entwicklerfokussierten IoT-Plattformen umfassen:

• OTA-Anwendungsentwicklung in einer Cloud-IDE,
• Live-Entwicklung und -Einsatz von IoT-Apps,
• Integrationen mit externen Repositories wie GitHub & GitLab,
• einen Marktplatz für IoT-Apps und App-Vorlagen,
• kollaborative & Community-Funktionen.

Die End-to-End-IoT-Plattform

Hierbei handelt es sich um eine Full-Stack-Plattform, die alle Dienste entlang der IoT-Wertschöpfungskette konsolidiert. Idealerweise ist die End-to-End-IoT-Plattform für eine Vielzahl von Anwendungsfällen geeignet und geht über Branchengrenzen hinaus. Sie sollte robust genug sein, um große industrielle IoT-Lösungen zu realisieren (siehe Thingworx). Aber sie sollte auch flexibel und offen bleiben, um die Integration von Drittanbietern zu ermöglichen und zukünftige Entwicklungen zu antizipieren.

Die End-to-End-IoT-Plattform kümmert sich um die gesamte IoT-Wertschöpfungskette. Sie kann alle der unten aufgeführten Elemente abdecken:

• Konnektivität,
• Security-by-Design,
• Interoperabilität von Protokollen und Datenstrukturen,
• IoT-Geräte-Management,
• Konfigurations- & Update-Management,
• Storage-Cluster & Skalierbarkeit,
• erweiterte Datenanalyse und ML,
• Berichte mit Datenvisualisierung und Dashboard-Anpassungsoptionen,
• Benutzerverwaltung mit einer hochgranularen Berechtigungsstruktur, um IoT-Zusammenarbeit zu ermöglichen,
• ein Cloud-App-Entwicklungsstudio,
• idealerweise einen IoT-App-Store mit vorgefertigten IoT-Apps und App-Vorlagen,
• Dienste, die eine Wiederverwendung und Vervielfältigung von IoT-Apps ermöglichen,
• offene APIs, um weitere Integrationen zu ermöglichen.

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