Die 7 essenziellen IoT-Schichten: Architektur einer umfassenden Lösung

Obwohl es eine der trendigsten und einflussreichsten Technologien ihrer Zeit ist, kennen wenige die Internet-of-Things-Technologie in der Tiefe. Während es Allgemeinwissen ist, dass diese Technologie die Erstellung eines vernetzten Gerätenetzwerks unterstützt, wissen nicht viele, wie die Daten tatsächlich von den Endgeräten zu ihren Mobiltelefonen gelangen.

Es gibt diverse Online-Artikel über die Funktionsweise von IoT und die Komponenten oder Schichten, die seine Architektur formen. Während die Mehrheit davon wahr ist, geben nur wenige das exakte Bild hinter den Kulissen eines IoT-Systems.

Um das Funktionieren eines End-to-End-IoT-Systems vollständig zu begreifen, ist es wichtig zu wissen, dass es 7 entscheidende Schichten gibt, auf denen es operiert. Hier eine Liste all dieser 7 Schichten mit ihren Funktionen in einem IoT-System.

Jetzt kontaktieren und mit unserem IoT-Experten verbinden!

1) Sensoren:

Sensoren und andere Datenerfassungsgeräte bilden die initiale Schicht jedes IoT-Systems. Sie sind die Schnittstelle zwischen der realen und digitalen Welt und verantwortlich für die Umwandlung analoger in digitale Signale. Es gibt diverse Sensorgeäte wie Messgeräte, Sensoren, Sonden, Messgeräte und Aktuatoren, die Parameter wie Temperatur, Distanz, Standort, Luftfeuchtigkeit etc. lesen können. Diese Geräte werden an Endpunkten (Things) installiert und erfassen erforderliche Parameter in Form von Rohdaten.

2) Sensor-zu-Gateway-Netzwerk:

Diese Schicht ist die erste Netzwerkschicht jedes IoT-Systems. Sie ist verantwortlich für die Datenübertragung von der 1. Schicht (Sensoren) zur 3. Schicht (Gateways). Die Daten werden von Sensoren zu Gateways durch ein spezifisches Kommunikationsprotokoll mit seinen einzigartigen Regeln, Syntax, Semantik und Synchronisationsstandards übertragen.

Der Datentransfer kann nur erfolgen, wenn sowohl Sensoren als auch Gateway das Übertragungsprotokoll unterstützen. Gängige Protokolle für die Verbindung von Sensoren mit Gateways sind BLE, LoRaWAN, ZigBee und Sigfox.

3) Gateways:

Gateways sind Datenaggregatoren, die Daten von den Sensoren sammeln und an ein Backend-System senden. Sie sind im Grunde Router oder Modems, die als Interface zwischen der lokalen Sensorenumgebung und dem Internet fungieren. Sie sammeln Daten von Sensoren in ihrem Radius und übertragen sie an eine Datenaufnahmeplattform.

Die Notwendigkeit für Gateways und Sensor-zu-Gateway-Netzwerke entfällt, wenn das Sensorgeät selbst über ein eingebautes Gateway verfügt oder in anderen Begriffen fähig ist, Daten eigenständig über große Distanzen zu übertragen. In solch einem Fall muss das Sensorgeät nur Daten lesen und an ein Backend-System senden.

4) Gateway-zu-Internet-Netzwerk:

Ähnlich dem Sensor-zu-Gateway-Netzwerk facilitiates dieses Netzwerk die Datenübertragung vom Gateway zum Internet/Backend-Systemen. Dieses Netzwerk kann sich über einen weiten Bereich erstrecken und die Datenübertragung an ferne Standorte ermöglichen. Generell für solche weitreichenden Netzwerke genutzte Protokolle sind Ethernet, Wi-Fi, Satellit oder Mobilfunk.

5) Data Ingestion und Informationsverarbeitung:

In dieser Schicht werden die Rohdaten, die von den vorherigen 4 Schichten gesammelt wurden, in sinnvolle Information umgewandelt. Die Daten werden in den meisten Fällen in Cloud-Speicher gespeichert und über das Backend-System einer Mobile App oder Web-Applikation abgerufen. Die aufgenommenen Daten werden via fortgeschrittener Analytik und anderer Verarbeitungssysteme in wertvollen Information verarbeitet, die auf den Bildschirmen des Users angezeigt wird.

6) Internet-zu-User-Netzwerk:

Dies ist die finale Netzwerkschicht jedes End-to-End-IoT-Systems. Die in dem Cloud-System gespeicherten Rohdaten werden von diesem Netzwerk abgerufen und in Form von wertvollen Informationen auf dem Bildschirm des Users angezeigt. Die Protokolle, die generell für den Zugriff auf Daten aus Cloud-Speichersystemen genutzt werden, sind Internet, Ethernet und Wi-Fi.

7) Wertvolle Information (Value-added Information):

Diese finale Schicht fungiert als Frontend des gesamten IoT-Systems. Die gesammelten Daten und wertvollen Informationen werden auf dem Bildschirm der User angezeigt, was ihnen erlaubt, den Parameter bezüglich des Assets zu tracken, das sie überwachen wollen. Die Information kann in Form von Zahlen, Graphen, Alarmen oder Charts angezeigt werden, was dem User ermöglicht, nützliche Insights abzuleiten und smarte Entscheidungen zu treffen.

Die Information kann von jedem Smart Device wie Smartphone oder Desktop via einer einzigartigen IoT-Plattform abgerufen werden, die mit Features wie Echtzeit-Alarmsystemen, Analytik und Remote-Monitoring getailored ist.

FAZIT:

Offensichtlich ist es keine leichte Aufgabe, an all diesen Schichten zu arbeiten und eine umfassende IoT-Lösung zu erstellen, die in jedermanns Budget passt. Es gibt viele Komplikationen bei der Wahl von Protokollen, die Daten effektiv zwischen nachfolgenden Schichten sammeln und weiterleiten können. Zudem kann die Entwicklung einer solchen Architektur die IoT-Lösung rigide machen und ihre Fähigkeit, ordnungsgemäß zu skalieren, reduzieren.

Wir bei Biz4Intellia haben daher kosteneffektive COTS-Internet-of-Things-Lösungen entwickelt, die einfach überall implementiert werden können. Unsere Lösung funktioniert auf jedem Kommunikationsprotokoll und unterstützt alle 7 Schichten der IoT-Architektur. Klicken Sie hier, um detailliert über unsere vorkonfigurierten IoT-Lösungen zu erfahren.