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Aus Raspberry Pi Geek 04/2019

Im intelligenten Netz alles mit allem verbinden

© Maitree Laipitaksin, 123RF

Smarte neue Welt

Frank Hofmann

Das Internet der Dinge verbindet nicht nur Computer, sondern bringt Geräte aus dem Alltag zusammen. Dabei liegen Licht und Schatten oft dicht beieinander.

Ein Armband mit entsprechenden Sensoren ermittelt Ihre Schlafphasen und leitet daraus den optimalen Weckzeitpunkt ab. Nach kurzer Rücksprache mit dem Wecker bekommt die Kaffeemaschine das Startsignal. Sobald Sie den Fuß aus dem Bett setzen, steigt Ihnen der Duft von frischem Kaffee in die Nase.

Ist der durchgelaufen, erhalten im Smart Home die Rollläden das Signal, sich zu öffnen. Dank Voreinstellung der Heizung weiß Ihr Energieversorger, welchen Energiebedarf Sie haben, schaltet ihn und vermeidet damit Überkapazitäten (Stichwort Smart Grid).

Derweil öffnen Sie den Kühlschrank, um dem inzwischen fertigen Kaffee eine goldbraune Farbe zu verleihen. Dank Smart Home bemerkt der Kühlschrank, dass es sich dabei um den letzten Rest Milch im Karton handelt, und bestellt im Supermarkt Nachschub.

Während des Frühstücks scannt der Computer im Auto bereits den Terminkalender nach Einträgen und weiß daher, dass Sie um 9 Uhr am Flughafen in München sein wollen. Nach einer Analyse des gegenwärtigen sowie des zu erwartenden Verkehrs signalisiert das Fahrzeug den besten Zeitpunkt zum Losfahren und ermittelt die optimale Route zum MUC.

Jeder junge Ingenieur (oder Techniker) träumt davon, große oder bahnbrechende Dinge zu erschaffen, die den Lauf der Welt nachhaltig verändern. Vor der Smartphone-Ära sehnten sich viele nach tragbaren Computer, um so stets mit den wichtigsten Informationsquellen der Welt verbunden zu bleiben und ihre Umgebung mithilfe solcher Geräte zu steuern und zu kontrollieren.

IoT und TTN

Das ist mittlerweile zumindest teilweise Realität. Die erforderliche Infrastruktur samt der Komponenten gibt es; sie befindet sich in einem stabilen Zustand und kommt mehr und mehr zum Einsatz. Das sogenannte Internet of Things (IoT), also Internet der Dinge, koppelt heute Endgeräte über das The Things Network (TTN), das Netzwerk der Dinge. Das setzt wiederum auf bereits bestehenden Technologien auf.

Der Begriff IoT fasst sowohl virtuelle als auch alltägliche Gegenstände mit einer Art Intelligenz zusammen – einer Kombination aus Elektronik mit einer eindeutigen Kennung (ID), deren jeweiligem Zustand und den möglichen Aktionen, zu denen der Gegenstand oder das Gerät in der Lage ist [1]. Das reicht von Sensoren für die Bewässerungsanlage [2] über den Container für Altglas, der seinen Füllstand meldet [3], bis hin zur Beleuchtung in der Stadt [4] und der Falle für Kleinnager, die ein Signal übermittelt, sobald sich etwas darin verfängt [5].

Gesteuert mithilfe von integrierter Software und Sensoren ist jedes Gerät in der Lage, entweder Daten aus der Umwelt aufzufangen oder Statusinformationen zusammenzustellen. Diese gelangen über Knoten (im TTN-Jargon Gateways genannt) zu anderen Punkten im Netzwerk. In Folge lösen diese Signale unter Umständen automatisch Ereignisse aus und erlauben es dem Menschen, nur noch bei tatsächlichem Bedarf einzugreifen.

Im Grunde genommen wäre es schon heute möglich, alles mit dem Internet zu verbinden, was mit einem Ein- und Ausschalter versehen ist, und es so zu einem Teil des IoT zu machen. Analysten schätzen, dass im Jahr 2020 rund 34 Milliarden Geräte miteinander verbunden sein werden. Das umfasst rund 10 Milliarden herkömmliche Computer wie etwa Laptops, Smartphones, Tablets und Smartwatches sowie etwa 24 Milliarden spezifische IoT-Geräte [6].

Josie Pepper

Eines dieser Geräte treffen Sie dann auf Ihrer Reise am Flughafen München wieder: Die Mitarbeiter am modernsten aller deutschen Flughäfen haben einen neuen Kollegen namens Josie Pepper bekommen (Abbildung 1). In einem vierwöchigen Test Anfang 2018 unterstützte der humanoide Roboter Passagiere bei Fragen und Auskünften im Abflugterminal [7].

Abbildung 1: Josie Pepper an ihrem Arbeitsplatz.

Abbildung 1: Josie Pepper an ihrem Arbeitsplatz.

Über WLAN ist Josie mit dem Internet verbunden und hat dadurch Zugriff auf eine interne Cloud. Sie verarbeitet und interpretiert Gesprochenes der Fluggäste und verknüpft die empfangenen Informationen mit den Daten des Flughafens. Josie ist lernfähig und damit in der Lage, individuell auf Fragen einzugehen statt vorgefertigte Texte wiederzugeben.

Der Roboter mit seiner kindlichen Wirkung und großen Kulleraugen kam im Test bei den Passagieren gut an. Er verfügt über einen Lithium-Ionen-Akku mit einer Laufzeit von zehn Stunden. Die Maschine ist aber nicht teamfähig, und das in mehrfacher Hinsicht: Der eine oder andere Mitarbeiter im Service am Flughafen München bekommt eventuell bald von Josies Geschwistern Konkurrenz. In Asien hat sich diese Technologie bereits etabliert.

Hinter Josie Pepper steckt Technologie von IBM: künstliche Intelligenz und Watson-IoT-Technologie aus der IBM Cloud. Den 1,20 Meter großen Roboter hat das französische Unternehmen Softbank Robotics entwickelt.

Vernetzt

Unser Alltag wird also zunehmend von vernetzter Technik durchdrungen. Mit der Anzahl der Geräte steigt der Bedarf an Energie sowie die Menge an Daten, die die Knoten austauschen. Bei kleinen Geräten, etwa zum Messen von Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder Feinstaub [8], genügt dazu die Kombination aus einem Board wie dem RasPi und den ansteckbaren Komponenten sowie einem schicken Gehäuse [10].

Solche Geräte senden nur sporadisch sehr kleine Mengen an Daten. Dazu gehört etwa ein Temperatursensor, der nur alle halbe oder volle Stunde fünf bis zehn Bytes verschickt. Aufgrund der geringen Leistungsaufnahme sind die Geräte häufig lange Zeit und batteriebetrieben im Einsatz. Zur Kommunikation mit einer zentralen Sammelstelle existiert ein spezielles Protokoll, das LoRaWAN heißt und den Begriff Long Range Wide Area Network abkürzt.

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