IoT-Konnektivität: So läuft der Datenaustausch zwischen Edge und Cloud

Stabile Konnektivität in einer IoT-Lösung herzustellen, ist keine geringe Herausforderung und je nach Anwendungsfall müssen die jeweils passenden Funktechnologien, Protokolle und Datentypen gewählt werden.

Fundiertes Know-how sowohl auf der Hardware- als auch auf der Software-Seite ist daher unumgänglich. Der folgende Artikel zeigt auf, was es in beiden Bereichen zu beachten gilt – und wie sich die richtige IoT-Plattform als Middleware zwischen Edge und Cloud finden lässt.

Anwendungsfälle für Hardware erfordern verschiedene Funktechnologien

An IoT-Geräte werden sehr unterschiedliche Konnektivitätsanforderungen gestellt. Dabei sind vor allem die Faktoren Reichweite, Stromverbrauch und Datenübertragungsrate von Interesse. Für manche Geräte ist es lediglich erforderlich, dass sie im Umfeld unter einem Meter kommunizieren.

Bei anderen Geräten ist es wiederum von Vorteil, wenn sie über dutzende Meter oder sogar Kilometer hinweg kommunizieren.

Mittlerweile sind daher – je nach Anwendungsfall – viele verschiedene drahtlose Kommunikationsprotokolle in Gebrauch. Im Rahmen von IoT-Systemen sind die folgenden drei besonders relevant:

• Bluetooth Low Energy (BLE)
• ZigBee
• LoRaWAN

Darüber hinaus gibt es von den verbreiteten Protokollen WiFi und LTE jeweils Varianten, welche speziell auf IoT-Anforderungen ausgelegt sind und beispielsweise einen geringeren Stromverbrauch oder eine höhere Reichweite als ihre Pendants aufweisen, die man als Privatanwender kennt.

Konnektivität im IoT folgt dem «Publish/Subscribe»-Kommunikationsmodell

Von den jeweiligen Geräten und Protokollen abstrahiert lässt sich die Kommunikation innerhalb einer IoT-Lösung in vielen Fällen in einem „Publish/Subscribe“-Modell zwischen den folgenden drei Instanzen beschreiben:

1. Der Publisher sendet eine Nachricht an den Broker.
2. Der Broker verbindet Clients und filtert ggf. irrelevante Daten heraus.
3. Der Subscriber meldet sich zum Empfang am Broker an; ggf. kommt auch hier ein Filter zum Einsatz, der Daten nach bestimmten Regeln auswählt. 

Die Kommunikation zwischen Publisher und Subscriber findet asynchron statt, also stets unter Vermittlung eines Brokers.

Trotz gewisser Nachteile hat das asynchrone Modell den klaren Vorzug bei der Konzeption von konnektiven IoT-Lösungen. Entscheidend ist dabei, dass es auch die mitunter sehr komplexen Umgebungen mit einer Vielzahl von sendenden und empfangenden Geräten beherrschbar macht.

Welches Protokoll für das jeweilige Projekt das richtige ist, entscheidet sich anhand verschiedener Kriterien. In IoT-Systemen geht es um eine Abwägung zwischen Ressourcenbedarf auf der einen Seite und Zuverlässigkeit, Latenz und Bandbreite auf der anderen Seite.

Die IoT-Plattform steuert die Konnektivität im Gesamtsystem

IoT-Plattformen sind die zentrale Komponente im Technologie-Stack für das IoT. Sie stellen die Middleware, also das Bindeglied, zwischen den Geräten und den Software-Applikationen dar. In ihrer grundlegenden Funktion ermöglicht eine IoT-Plattform Konnektivität; sie stellt also sicher, dass die Geräte im System miteinander verbunden sind und Informationen dorthin gelangen, wo sie verarbeitet werden sollen.

Mehr über IoT-Plattformen erfahren Sie in Teil 1 und Teil 2 unserer Artikelserie zu dem Thema.

Eine ausführlichere Version dieses Artikels ist bei Industry of Things erschienen.