Laut den Prophezeiungen der Lobbyisten wird das Internet der Dinge unsere Welt gewaltig verändern: Selbst eher vorsichtige Schätzungen rechnen bis 2020 mit 50 Mrd. mehr oder weniger intelligenten Geräten mit eigenem Internetanschluss, was in etwa 6,5 Geräten pro Person der Weltbevölkerung entspricht. Bei einem durchschnittlichen Leistungsbedarf von rund 15 W pro Einheit – basierend auf heutiger PC-Technik – würde dies einem ständigen Bedarf von 750 GW elektrischer Leistung und damit rund 500 großen Kernkraftwerks-Blöcken entsprechen. Selbst wenn sich der mittlere Leistungsbedarf auf unter 1 W senken ließe, so entspräche dies immer noch 50 GW und einem Bedarf von etwa 30 bis 40 Kernkraftwerken. Dies widerspricht den Versprechungen der Industrie, nach denen der Nutzen von Industrie 4.0 und des  Internet der Dinge (IoT) ja auch der Effizienzsteigerung dienen soll, und kann so keinesfalls akzeptiert werden.

Interessant ist auch noch eine andere Betrachtungsweise: Ist im Schnitt pro Gerät rund eine Stunde für die Installation nötig – und dabei sind die An- und Abfahrtszeiten noch nicht einmal mit eingerechnet –, so bräuchten 6,25 Millionen qualifizierte Techniker rund 8000 Arbeitsstunden (also etwa fünf Jahre), um all diese Geräte zu installieren.

Was sich in Konsequenz aus diesen Betrachtungen ergibt, ist die Herausforderung, dass künftige IoT-Geräte im Mittel deutlich weniger als 1 W konsumieren sollten und der Installations- und Wartungsaufwand drastisch reduziert werden muss, um selbst diese vorsichtig prognostizierte Zahl von 50 Milliarden Geräten bis 2020 überhaupt realistisch erreichen zu können. Gefordert sind also extrem stromsparende, möglichst multifunktionale Geräte, die zentral konfiguriert und gewartet werden können.

Geräte der nächsten Generation

Der Aufbau des [email protected]ätes

© Home2net

Die süddeutsche Firma Home2net stellt jetzt die „Cloud Control“-Familie namens „Web@ctrl“ vor, die auf einen IoT-Einsatz getrimmt ist. Ursprünglich als reiner Schnittstellen-Router für die Gebäudeautomation gedacht, verfügt die auf einem langzeitverfügbaren ARM-Cortex-M4-Controller basierende Hardware über reichlich Rechenleistung, um weitere Aufgaben übernehmen zu können (technische Details siehe Kasten). Trotz reichlich Peripherie und Echtzeit-Fähigkeit liegt der Leistungsbedarf der Geräte typisch bei 500 mW; auch wenn optional eine komplette IEC-konforme Soft-SPS mit betrieben wird. Damit sind die eingangs geforderten Leistungsspar- und Multifunktions-Kriterien erfüllt; für viele Anwendungsszenarien in der Automatisierungs- und Gebäudetechnik kann auf eine zusätzliche Steuerungstechnik verzichtet werden.

Der modulare Aufbau der Geräte ermöglicht relativ einfach die Generierung von OEM-Varianten mit speziellen Funktionen und Interfaces. Während IEC-61131-3-kompatible Ausgänge sowie eine RS485- und RS232-Schnittstelle und ein virtueller COM-Port standard-mäßig implementiert sind, stehen optional auch CAN, KNX, I2C, DALI, Optibus und weitere Schnittstellen zur Verfügung.  

Damit lassen sich auch umfangreiche Netzwerke von Sensoren und Aktoren mit speziellen Protokollen sicher an eine Cloud beziehungsweise das IoT anbinden.

Keine mühsame Konfiguration

Zur sicheren Anbindung der Web@ctrl-Geräte erfolgt der Aufbau der Kommunikation grundsätzlich nur von den Geräten selbst aus. Die Geräte reagieren nicht auf „fremde“ Zugriffe aus dem Web; jegliche Kommunikation erfolgt grundsätzlich nur über einen einzigen sicheren, hochverfügbaren Server. Die Technik verzichtet vollständig auf Gateways. Es müssen daher auch keine zusätzlichen Ports geöffnet und/oder Weiterleitungen konfiguriert werden. Für den sicheren Betrieb ist lediglich ein einziger Port zur Kommunikation und ein DHCP-Server zur beliebigen Adresszuweisung nötig; eine feste IP-Adresse ist nicht erforderlich. Durch eine sichere End-to-End-Verschlüsselung wie bei einem VPN, bei der auch der Pfad selbst mit verschlüsselt wird, ist der Datenfluss auf seinem Weg durch das Internet nur schwer angreifbar. Für den unbedarften Anwender bleibt die Kommunikation transparent; die Konfiguration erfolgt zentral und sicher über den hochverfügbaren Cloud-Server. So stellt auch weniger qualifiziertes Personal vor Ort keine Sicherheitslücke dar, da es ja nur für die nötigen elektrischen und mechanischen Verbindungen sorgen muss. Dabei wird das jeweilige ­Gerät über seine einzigartige Seriennummer identifiziert und dann seiner virtuellen Konfiguration zugeordnet. Zur Installation vor Ort sind keinerlei Netzwerkkonfiguration und auch keinerlei Setup notwendig. Lediglich die Anschlüsse müssen verdrahtet werden.

Weiterer Vorzug dieser Prozedur ist, dass sie selbstdokumentierend ist und so der jeweilige Revisionsstand von Hard-, Firm- und Software und die komplette Historie jederzeit aus der Konfigurationsdatenbank abrufbar sind. Bei einem Ausfall lassen sich die Geräte problemlos eins zu eins vor Ort aus­tauschen. Nach der Aktualisierung der Seriennummer – etwa über ein geschütztes Webportal – erfolgen dann ­Installation und Konfiguration vom Server aus automatisch so, dass der letzte Betriebszustand wieder hergestellt wird.

Individuelle Services

Firmen, die nicht über eine geeignete Infrastruktur verfügen, bietet Home2net die komplette Cloud-Infrastruktur auf einem hochverfügbaren (99,99 %), re-dundanten Server in München an, der der deutschen Rechtsprechung unterliegt. Als Funktionen sind möglich und werden angeboten: Virtuelle Konfiguration, Backup von System- und Anwenderdaten, Software-Updates einschließlich Firmware-Updates und Software-Konfigurations- und Versionsmanagement, Visualisierung für beliebige HTML-fähige mobile Endgeräte. Alle Geräte können per SD-Karte einheitlich oder individuell vorkonfiguriert werden, die Präsenz von Spezialisten vor Ort ist nicht erforderlich.

Nach dem Aufbau einer gesicherten Verbindung können die Geräte bei Bedarf automatisch oder individuell per Fernzugriff weiter angepasst und konfiguriert werden. Dabei wird zwischen System- und Kundendaten unterschieden; die Systemdiagnose und Wartung erfolgen also, ohne dass dabei Kundendaten kompromittiert werden können. Zugriffsrechte lassen sich auf dem Cloud-Server sicher und individuell verwalten. Durch einen integrierten eigenen Webserver können die Systeme auch autark betrieben werden. Das ­Gerät selbst verfügt über geschützte, manipulationssichere Permanentspei-cherbereiche. Ein zusätzlicher Remanenzspeicher ermöglicht eine kontrollierte Notabschaltung und die Sicherung wichtiger Betriebs- und Konfigurationsdaten, etwa bei einem Stromausfall.

Multifunktional und stromsparend

Aufgrund der optional integrierten Soft-SPS kann in vielen Fällen auf externe Steuergeräte (mit zusätzlichem Energiebedarf) verzichtet werden. Steuer- und Regelungsfunktionen lassen sich hierbei auf drei Ebenen implementieren: