IoT-SIM: Konnektivität für das Internet of Things (IoT)

IoT-SIM: M2M Kommunikation im Internet der Dinge

IoT-SIM Karten erfreuen sich immer größerer Beliebtheit: Die Vorteile liegen auf der Hand: Mit internationalen IoT-SIM Karten lassen sich internationale Geschäftsmodelle, Monitoring- und Supportprozesse kostengünstig bereitstellen. Dieser Ratgeber soll einen Überblick zu Internet of Things (Internet der Dinge, IoT) und den verschiedenen IoT-SIM-Anwendungsmöglichkeiten geben.

Was ist das Internet of Things (IoT)?

Als Internet der Dinge oder auch Internet of Things bzw. IoT wird ein Netzwerk bezeichnet, dass aus Dingen (physischen Objekten) besteht, die aus Sensoren, Software oder anderen Technologien bestehen können Dieses Netzwerk dient der Kommunikation der Geräte untereinander mittels eines Datenaustausches. Diese „Dinge“ die im Internet der Dinge zu Hause sind, können sowohl einfache Haushaltsgeräte als auch hochkomplexe Industrieanlagen sein. Die Kommunikation im Netzwerk dient der Verknüpfung und dem Austausch der Geräte. Zum jetzigen Zeitpunkt sind bereits mehr als zehn Milliarden Geräte in diesem Netzwerk vernetzt, Experten rechnen allerdings mit einem Anstieg auf bis zu 22 Milliarden Geräte im Jahr 2025.

Welche Technologien haben das Internet der Dinge möglich gemacht?

Die Idee, Geräte untereinander kommunizieren zu lassen, besteht schon lange. Die Möglichkeit dies auch in die Realität umzusetzen ist erst aufgrund neuester Fortschritte in unterschiedlichen Technologien möglich geworden. Erst die Fortschritte im Bereich der Sensortechnologien, der Cloud Computing Plattformen und der Machine Learning sowie zu guter Letzt die künstliche Intelligenz haben eine Kommunikation unter Geräten ohne menschliche Einflussnahme erst möglich gemacht. Kostengünstige und energiesparende Sensoren sind heutzutage für immer mehr Hersteller erschwinglich und nutzbar. Ohne diese Sensoren wäre eine IoT-Umsetzung nicht machbar. Doch all diese Sensoren wären unnütz, wenn nicht zahlreiche Netzwerkprotokolle dafür sorgen, dass diese Sensoren untereinander und miteinander sowie in der Cloud vernetzt sind. Diese ausgeprägte Konnektivität sorgt für eine Erleichterung und eine effizientere Datenübertragung.

Heutzutage haben Unternehmen den Vorteil, dass sie über Cloud-Computing auf die Infrastruktur zugreifen können, die sie benötigen, ohne diese Infrastruktur selbst verwalten zu müssen. Sinkt der Bedarf, kann einfach und kurzfristig der Bedarf an der Infrastruktur der Cloud reduziert werden.

Durch Fortschritte im Bereich Machine Learning und Analysen von umfangreichen Datenmengen, die auch vollkommen unterschiedliche Daten enthalten, können Unternehmen schnell und einfach Einblicke in die Daten gewinnen. Daten, die durch das IoT gewonnen werden, können so schnell und einfach analysiert werden.

Durch künstliche Intelligenz ist es Geräten mittlerweile möglich, durch eine Verarbeitung von Spracheingaben auf Anweisungen von Menschen oder auch anderen Geräten zu reagieren. Persönliche, digitale Assistenten wie Alexa oder Siri sind heutzutage erschwinglich, attraktiv und durch eine geringe Fehlerquote brauchbar.

Was ist das Industrial Internet of Things (IIoT)?

Eine Ergänzung des Internet of Things ist das Industrial Internet of Things, kurz IIoT. Hierbei geht es um die Vernetzung von Technologien aus dem industriellen Bereich. Insbesondere geht es hierbei um den Zusammenhang und die Steuerung von Sensoren und Geräte, die auf die Cloud-Technologie setzen. Der neueste Trend in diese Richtung ist die sogenannte M2M-Kommunikation, in der es um eine Kommunikation zwischen Maschine und Maschine geht, die vollkommen automatisch und ohne menschliche Steuerung abläuft. Das IIoT wird teilweise als die vierte Welle der industriellen Revolution oder auch als Industrie 4.0 bezeichnet. Durch eine erhöhte Automation sowie Kommunikation der Maschinen untereinander ist eine Steigerung des Umsatzes möglich und die Erschließung neuer Geschäftsmodelle kein Problem mehr. Die gängigsten Anwendungsbereiche des Industrial Internet of Things sind die intelligente Fertigung, vorbeugende und vorausschauende Wartung, die Erstellung von intelligenten Energienetzen, der Bau von sogenannte Smart Citys, die Vernetzung der Logistikbranche und die intelligente Steuerung der Logistik sowie die Digitalisierung der Versorgungsketten

Unternehmenswerte mit IoT-Anwendungen steigern

Das Internet of Things wird mit zunehmendem Fortschritt immer bedeutsamer für die Unternehmen. Aus diesem Grund gibt es einige Unternehmen, die den enormen Geschäftswert, den das Internet of Things bieten kann, für sich nutzen. Diese Vorteile sind unter anderem der Einblick in Daten, die aus dem Internet of Things gewonnen wurden und damit das Geschäft besser verwalten können. Weiterhin sorgt IoT für eine steigende Produktivität und eine höhere Effizient im Geschäftsablauf. Durch die gewonnenen Daten ist der Unternehmer schnell und einfach in der Lage, neue Geschäftsmodelle zu erkennen und neue Einnahmequellen zu erschließen. Zusätzlich sorgt die Vernetzung der physischen Geschäftswelt mit der Welt des Internet durch das IoT für eine schnellere Wertschöpfung.

Grundprinzip bei IoT-Anwendungen

IoT Anwendungen erfassen IoT Sensordaten und analysieren diese Daten. Zusätzlich präsentieren Sie den Anwendern die Daten über sogenannte Dashboards. Solche Anwendungen werden auch SaaS Anwendungen, also Software-as-a-Service Anwendungen genannt.

Was sind die typischen IoT-Anwendungen?

Die wichtigsten IoT-Anwendungen werden in fast allen Bereichen genutzt. Die Kommunikation zwischen den Geräten und eine Vernetzung der Sensoren ermöglichen es, eine umfangreiche Anzahl von Anwendungen für den Anwender bereitzustellen.

Durch eine Überwachung von Maschinen und der Qualität der erstellten Produkte ist eine Steigerung der Effizienz möglich und umsetzbar. Durch eine kontinuierliche Überwachung der Maschinen ist eine Analyse der Funktionsweise sichergestellt. Ebenso ist dadurch möglich, die geforderten Toleranzen zu kontrollieren und einzuhalten. Durch diese permanente Überwachung und Kontrolle ist es möglich, bei Qualitätsmängeln schnell und gezielt eingreifen zu können und diese zu beheben.

Durch die ständige Vernetzung und Überwachung von physischen Anlagen sind eine Nachverfolgung und damit eine Ermittlung des Standortes der Anlage ohne Probleme möglich. Speziell im Fall eines Diebstahls einer hochwertigen Anlage stellt diese Nachverfolgungsmöglichkeit einen wirksamen Schutz dar.

Neben der Überwachung von Anlagen und Maschinen ist auch die Überwachung von Gesundheitsanalysen und den Umgebungsbedingungen von Personen möglich. Sogenannte Wearables, wie beispielsweise Uhren können dafür sorgen, dass die Träger ein besseres Verständnis für ihre Gesundheit erlangen. Ebenso ist es möglich, dass Ärzte und Patienten über diese Wearables miteinander vernetzt sind und so besser kommunizieren können. In Notfällen können solche Geräte selbstständige die Rettungskräfte alarmieren. Im Rahmen von Arbeitseinsätzen können Unternehmen ihre Mitarbeiter mit solchen Geräten ausstatten und so die Gesundheit des Personals überwachen. Solche Überwachungen bieten sich immer dann an, wenn die Mitarbeiter unter gefährlichen Arbeitsbedingungen eingesetzt werden. Speziell Feuerwehrleute könnten mit solchen Geräten ausgestattet werden, die im Falle eines Einsatzes dem Einsatzleiter die Gesundheitsdaten der eingesetzten Kräfte senden können.

Nutzen Sie mit Hilfe von vernetzten Sensoren alle Möglichkeiten der Effizienzsteigerung im Unternehmen und erschließen neue Möglichkeiten, bestehende Prozesse zu überarbeiten. Als Beispiel dient die Überwachung einer LKW-Flotte durch vernetzte Sensoren an Bord der LKW. So kann das Unternehmen jederzeit sehen, welcher LKW an welcher Position aktuell ist. Durch Auswertung von Verkehrsströmen können durch diese Daten die LKW gezielt um Staus oder Baustellen geleitet werden und so zu einer höheren Effektivität der Lieferung sorgen.

Weiterhin sind IoT-Geräte dazu geeignet, bestehende Prozesse und Maschinen zur Überwachung. Hierfür greifen IoT-Geräte auf Zustände von Maschinen zurück und lösen im Zweifelfall auch den Serviceanruf aus. Durch die Möglichkeit einer vorbeugenden Wartung werden diese Maschinen mit einer geringeren Ausfallzeit produzieren und damit für eine erhöhte Wirtschaftlichkeit sorgen.

Welchen Branchen profitieren von IoT?

Durch die sensorgestützte Überwachung von Prozessen eignet sich die Nutzung des IoT vor allem für diejenigen Unternehmen, die hierdurch ihre Geschäftsprozesse wesentlich verbessern können.

IoT in der Fertigung

Moderne Sensoren können dafür sorgen, dass Anlagenausfälle vorhergesehen werden und so die Ausfallzeiten einer Anlage so gering wie möglich gehalten werden. Durch bestimmte Überwachungsmechanismen sind die Sensoren in der Lage, frühzeitig Wartungsbedarf an einer Anlage zu erkennen und diesen zu melden. Hierdurch verschafft sich der Hersteller einen Wettbewerbsvorteil, da zum einen unnötiger Ausfall von Anlagen vermieden wird, aber auch die Wartung erst dann stattfindet, wenn sie stattfinden sollte. Durch Warnungen, die die Sensoren ausgeben, werden die Hersteller in die Lage versetzt, frühzeitig Fehler zu erkennen und die Anlagen so lange aus der Produktion nehmen zu können, bis der Fehler behoben wurde. Teure Rückrufaktionen oder Nachbesserungen der Produkte werden so vermieden. Eine hohe Betriebszeit der eingesetzten Anlagen sorgt für eine hohe Auslastung und damit eine hohe Produktivität.

IoT in der Automobilbranche

Speziell die Autoindustrie hat die Vorteile des Internet of Things bereits für sich erkannt. Neben der Vermeidung von Stillstandszeiten der teuren Maschinen und Anlagen hat die IoT Vernetzung für Fahrzeuge den Vorteil, dass durch Sensoren bereits im Vorfeld Geräteausfälle an Komponenten des Fahrzeuges gemeldet werden können. Fahrer können so rechtzeitig gewarnt werden und reagieren. Ebenso ist es möglich, durch Aufrechnung der Daten verschiedener Fahrzeuge bestimmte Verkehrssituationen vorherzusagen und damit nachfolgende Fahrer auf eine bestimmte Situation vorbereiten zu können.

IoT im Transport- und Logistikwesen

Flotten von Fahrzeugen, LKW, Schiffe und Züge, alle Fahrzeuge die Waren transportieren können durch IoT Anwendungen und Sensordaten jederzeit geortet werden. Hierdurch ist es möglich, diese Fahrzeuge, je nach Wetterbedingung oder Verkehrslage sowie der Verfügbarkeit bestimmter Fahrzeuge und Fahrzeugführer optimal einzusetzen. Neben den Positionsangaben können durch die Sensoren auch Daten zur Sendungsverfolgung oder bei temperaturempfindlichen Waren auch Daten zur Temperatur und Luftfeuchtigkeit abgerufen werden. Durch eine lückenlose Dokumentation ist das Unternehmen auch für mögliche Schadensersatzforderung unzugänglich, weil beispielsweise verdorbene Ware geliefert wurde und der Empfänger das Problem bei dem Transporteur vermutet. Speziell in der Pharmaindustrie sind solche Temperaturüberwachungen sehr hilfreich. Sollten bestimmte Werte unter- oder überschritten werden, werden automatisch Warnungen veröffentlicht und ggfs. Gegenmaßnahmen ergriffen.

IoT im Einzelhandel (Retail)

Die Optimierung der Versorgungskette, die Verwaltung des Warenbestands, die Verbesserung der Kundenzufrieden und die Senkung der Betriebskosten sind Themen, die Einzelhandelsunternehmen tagtäglich beschäftigen. IoT-Anwendungen ermöglichen es, alle diese Themen abzuarbeiten, zu automatisieren und damit bares Geld einzusparen. Beispielsweise können Regale mit Sensoren versehen werden, die das Gewicht der darin eingelagerten Ware erkennen. Vermindert sich das Gewicht, muss das Regal aufgefüllt werden. Kunden werden so immer volle Regale sehen, aber nicht überquellende Regale. Gezielte Werbeaktionen für Kunden und die Waren genau dann dort zu haben, wo sie benötigt werden kann im Einzelhandel mit IoT-Anwendungen und Sensoren erreicht werden.

IoT im öffentlichen Sektor

Auch im öffentlichen Sektor sowie in anderen servicebezogenen Unternehmen hat die Anwendung von IoT-Geräten große Vorteile. Beispielsweise können Versorgungsunternehmen die Anwendungen nutzen, damit die Verbraucher über Massenausfälle oder auch kurzfristige, kleinere Versorgungsausfälle informiert werden können. Mit IoT-Anwendungen kann das Ausmaß des Ausfalls schnell ermittelt werden und die für die Beseitigung erforderlichen Ressourcen schnell bereitgestellt werden. Durch diese schnelle Analyse eines möglichen Schadens ist eine ebenso schnelle Behebung des Schadens möglich.

IoT im Gesundheitswesen

Die Nutzung von IoT-basierenden Anlagen hat speziell im Gesundheitssektor enorme Vorteile. So ist es beispielsweise möglich, dass sowohl Ärzte als auch Pflegepersonal den Standort eines Patienten einsehen können. Auch im Krankenhaus beispielsweise können Rollstühle mit solchen Sensoren versehen werden, sodass das Personal immer den nächstgelegenen Rollstuhl für den Transport eines Patienten nutzen kann. Nur mit Hilfe einer IoT-Anwendung und durch die Vernetzung mit Sensoren ist es so möglich, dass das Pflegepersonal möglichst kurze Wege auf sich nehmen muss. Neben der optimalen Nutzung und Auslastung solcher Hilfsmittel ist es auch für die Rechnungslegung einfacher, wenn sofort digital erfasst wird, für welchen Patienten welche Hilfsmittel genutzt worden sind.

Allgemeine Sicherheit in allen Branchen

Nicht nur zur besseren Überwachung von teuren Maschinen und Anlagen, sondern auch für eine Verbesserung der Sicherheit an den Arbeitsplätzen der Mitarbeiter kann das IoT genutzt werden. Hierbei geht es speziell um die Sicherheit derer Mitarbeiter, die an gefährlichen Orten arbeiten. Hierzu könnten Minen, Öl- oder Gasfelder aber auch Chemieanlage und Kraftwerke gezählt werden. Durch eine Vernetzung der Mitarbeiter mit den Maschinen und Anlagen der Betriebsumgebung ist es in einem Störfall möglich, die Mitarbeiter schnell zu informieren und so schnell wie möglich aus der Gefahrenzone herauszubekommen. Auch eine Überwachung der Gesundheitsdaten der Mitarbeiter wäre über IoT-Anwendungen denkbar.

Beispiele für M2M-Kommunikation

Beispiele für Kommunikationen zwischen Maschinen, also der sogenannte Maschinen-zu-Maschinen-Kommunikation (M2M-Kommunikation) könnten sein, dass Messwerte per SMS, GPRS oder UMTS übertragen werden. Ebenso ist es möglich, Verbrauchsdaten per Funkübertragung zu versenden oder mobile Kartenzahlterminals zu betreiben. Sowohl eine Fernüberwachung als auch eine Fernsteuerung und sogar eine Fernwartung von Maschinen, Systemen und technischen Anlagen sind möglich. Auch ein automatisierter Informationsaustausch zwischen verschiedenen Endgeräten und einer zentrale Stelle als Leiteinheit ist möglich.

Die Bedeutung von Mobilfunk für M2M Kommunikation

Für eine Kommunikation zwischen zwei oder mehreren Maschinen ist es notwendig, eine Datenübertragung, z.B. über Mobilfunk bereitzustellen, die durch kostengünstige Tarife eine schnelle Datenübertragung möglich macht. Kabelgebundene Systeme sind hierbei weniger störanfällig, für mobile Endgeräte jedoch aufgrund der fehlenden Mobilität vollkommen ungeeignet. Speziell für die Überbrückungen größerer Entfernung und wenn eines der Endgeräte mobil betrieben werden muss, ist eine Mobilfunkverbindung unerlässlich.

Für die Übertragung von Daten im Nahbereiche und innerhalb von lokalen Netzen eignen sich Funktechniken mit einer kurzen Reichweite. Im Wesentlichen geht es bei dieser Übertragung darum, dass die Entfernung zwischen den vernetzten Geräten und dem nächsten Internet-Anschluss überbrückt wird. Solche Netzwerke haben meist nur eine Reichweite von wenigen Metern, was aber für solche Anwendungsfälle vollkommen ausreicht. Durch die Nutzung verschiedener Frequenzen, die unlizenziert genutzt werden können, kann es immer mal wieder zu gegenseitigen Störungen kommen und die Verbindung kann abreißen. Solche Netzwerke funktionieren jedoch nur dann, wenn eine entsprechende Basisstation in der Nähe liegt. Der Vorteil eines solchen Netzwerkes ist, dass die Datenübertragung innerhalb des Netzwerkes kostenfrei ist.

Bekannteste Beispiele solcher lokalen Netze sind WLAN-Netze, die den Zugang zum Internet praktisch und einfach ermöglich. Auch eine Bluetooth-Übertragung ist im Nahbereich denkbar. Weitere Vertreter dieser Netzwerkkategorie sind beispielsweise Homematic, ZigBee, Z-Waxe, EnOcean, DECT oder RFID.
Funktechniken mit hoher Reichweite.

Neben den Netzwerken mit lokaler Reichweite werden für Datenübertragungen oft auch die klassischen Mobilfunknetze genutzt. Diese haben den Vorteil, dass eine höhere Netzabdeckung erreichbar ist und diverse, auch mobile Geräte miteinander vernetzt werden können. Der Nachteil solcher Netze ist, dass diese kostenpflichtig sind und teilweise nicht innerhalb von Gebäuden funktionieren. Je nach Datenmenge ist eine Netzwerktechnik nach dem 5G-Standard erforderlich. Dieser Standard ist jedoch erst an einigen wenigen Standorten verfügbar.

Funktechniken für die speziellen IoT-Anforderungen

Eine Alternative zum klassischen Mobilfunknetz ist die Nutzung von Funktechniken, die speziell für die IoT-Anwendungen betrieben werden. Solche Netze setzen auf eine geringe Bandbreite und sind daher nur für kleine Datenmenge nutzbar. Der Vorteil dieser Netze ist jedoch, dass diese sehr sparsam und kostengünstig sind. Ähnlich wie die klassischen Mobilfunknetze werden diese Netze von privaten Anbietern betrieben.

Wie bei Mobilfunk werden diese Funksyteme privatwirtschaftlich betrieben und sind deshalb kostenpflichtig. Diese Funktechniken überbrücken einige Kilometer. Sie eignen sich nur für geringe Datenmengen und verzichten dabei auf breitbandige Anwendungen. Im Gegenzug ist der Energieverbrauch der Funkmodule so gering, dass sie mit einer handelsüblichen Batterie mehrere Jahre betrieben werden können. Sie fallen deshalb unter die Kategorie Low Power WAN (LPWAN).

IoT-SIM

Die sogenannte eSim hat mittlerweile Einzug in Smartphones und Smartwatches gefunden und kommt auch in vernetzten Fahrzeugen zum Einsatz. Die Weiterentwicklung der eSim, die sogenannte nuSim ist der Standard für Anwendungen des Internets der Dinge. Diese nuSim hat den Vorteil, dass sie gegenüber der eSim kostengünstiger zu betreiben ist. Und hierbei kommt es in der Welt des Internets der Dinge einfach an.

eSim steht für embedded Sim. Auf diese Technologie setzen große Firmen wie Audi, BMW und Mercedes, aber auch Technikriesen wie Apple, Google und Samsung. Anders als klassische SIM-Karten wie die Formate Mini-, Micro- oder Nano-SIM wird eine eSim direkt auf die Platine des Geräts gelötet, ein Austausch ist somit nicht mehr möglich. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass kein Platz für die Aufnahmetechnik der SIM-Karte verplant werden muss. In der Welt der immer kleiner werdenden Geräte wird so kostbarer Platz für technische Komponenten gewonnen.

Solche embedded SIM werden bereits heute bei einer Vielzahl von Anwendungen für das Internet of Things eingesetzt, besonders gerne als fest verbautes Teil des Sensormoduls, einer Telematikeinheit oder in einer Baumaschine. Als hochwertiges elektronisches Bauteil bietet sich eine solche SIM für diverse Anwendungen an, aus Kostengründen jedoch nicht für alle Einsatzbereiche.

nuSIM

Anders als die eSIM, die diverse Funktionen unterstützt, die für eine Nutzung im Internet of Things unnötig sind, setzt die sogenannte NuSIM nur auf nützliche Funktionen und Anwendungen. Als Beispiel dient ein vernetzter Stromzähler, ein sogenannter Smart Meter. Wer einen solchen Zähler betreiben will, sendet höchstens einmal am Tag die Verbrauchsdaten an seinen Versorger. Funktionen wie Sprachanrufe oder SMS sind bei diesem Gerät nicht nutzbar.

Diese Reduzierung auf die wichtigen Funktionen sorgt dafür, dass die nuSIM sehr klein und kostengünstig in der Herstellung ist. Durch den sehr geringen Energiebedarf dieser verkleinerten SIM-Karten wird auch die Batterielaufzeit der Geräte nicht unnötig verkürzt. Diese nuSIM sind daher in Geräten zu Hause, die energiesparend und kostengünstig sein müssen.
Industrie 4.0

Ein weiterer Vorteil der nuSIM ist, dass diese wesentlich unempfindlicher gegen Erschütterungen oder Temperaturschwankungen ist. Diese Eigenschaft macht sie vor allem dort nützlich, wo klassische SIM-Karten versagen. So werden nuSIM beispielsweise in Fabriken oder auf Baustellen eingesetzt. Durch einen Verzicht einer Gehäuseöffnung zum Einschub der SIM wird das Gerät besser geschützt. Die Lebensdauer einer nuSIM liegt bei etwa zehn Jahren, deutlich länger als die sonstigen Komponenten also.

Weiterhin ist es kaum möglich, an die im Gerät festverbaute SIM zu gelangen, ohne sie oder das Gerät zu manipulieren. Dadurch ist diese Form der SIM sehr sicher. Ohne Manipulation ist eine Nutzung nicht möglich. Sie eignet sich daher besonders für Frachttracking in der Logistikbranche und garantiert eine ordnungsgemäße Abrechnung.

Die meisten der weltweit führenden Betreiber und Dienstleister nutzen mittlerweile eSIM-Technologien. Auch die nuSIM-Technologie wird früher oder später der Standard in der Welt des Internets der Dinge.

Anbieter für IoT-SIM

Ein Anbieter eines solchen Netzes ist die Firma Things Mobile. Diese hat sich in mehr als 160 Ländern darauf spezialisiert, ein Netzwerk für die IoT- und M2M-Kommunikation aufzubauen und zu betrieben. Mehr als 350 Anbieter nutzen mittlerweile die Infrastruktur, die Things Mobile zur Verfügung stellt. Hierbei wird von dem Anbieter höchste Qualität und Zuverlässigkeit versprochen, selbst in abgelegenen oder schwierig zu versorgenden Gebieten. Die SIM-Karten, die in die Geräte eingesetzt werden müssen, sind in allen Formaten, von Mini-Sim bis zur Sim-on-Chip erhältlich. Je nach Datenverbrauch bietet Things Mobile verschiedene Tarife an, die individuell auf den Kunden zugeschnitten werden können. Die Tarife kommen ohne eine Startgebühr und ohne eine Grundgebühr aus. Things Mobile bietet für alle Lebensumgebungen flexible Lösungen mit denen bestimmte Leistungen rationaler gestaltet werden können oder auch der Energieverbrauch verbessert wird.