Was ist ein IoT-Gateway?
Ein IoT-Gateway ist ein Gerät, das Daten von verschiedenen Geräten und Sensoren sammelt, sie in das entsprechende Format umwandelt und an die Cloud oder das Datenzentrum übermittelt.
Umgekehrt erhalten sie auch Anweisungen von der Cloud oder dem Datenzentrum und übermitteln die entsprechenden Befehle an die Zielgeräte. Dies verbessert die Effizienz und Sicherheit des gesamten IoT-Systems und ermöglicht einen reibungsloseren Betrieb.
In den letzten Jahren hat sich die IoT-Technologie (Internet of Things) in verschiedenen Branchen und in unserem täglichen Leben durchgesetzt, da die Zahl der mit dem Internet verbundenen Geräte weiterhin rasant zunimmt. Um diese IoT-Technologie nutzen zu können, sind die Kommunikation zwischen den Geräten sowie die Sammlung und Analyse von Daten unerlässlich, und IoT-Gateways sind wichtige Geräte, die diese Aufgabe übernehmen.
Anwendungen von IoT-Gateways
IoT-Gateways unterstützen IoT-Systeme in verschiedenen Bereichen. Im Folgenden werden vier typische Anwendungsbereiche aufgeführt:
1. Landwirtschaft
Viele IoT-Geräte werden in landwirtschaftlichen Betrieben eingesetzt, z. B. Bodensensoren und Ernteroboter. Diese Geräte übermitteln die von ihnen gesammelten Daten über IoT-Gateways an die Cloud.
Auf diese Weise können Landwirte Bodeninformationen und Wachstumsbedingungen aus der Ferne überwachen, was zu einer Verbesserung der Effizienz der landwirtschaftlichen Tätigkeiten beitragen kann.
2. Verkehrswesen
Intelligente Verkehrssysteme müssen Daten von verschiedenen auf der Straße installierten Sensoren sammeln und analysieren; das IoT-Gateways fungiert als Vermittler zwischen diesen Sensoren und dem Netz und ermöglicht den Verkehrsmanagementzentren einen Echtzeitüberblick über die Daten des Straßenverkehrs.
3. Energieinfrastruktur
Kraftwerke und Umspannwerke haben Sensornetzwerke zur Überwachung kritischer Anlagen installiert; der Status der Energieversorgung wird auf der Grundlage der über IoT-Gateways gesammelten Daten verwaltet und kontrolliert.
4. Fabriken
IoT-Sensoren werden in großem Umfang in Produktionslinien von Fabriken eingesetzt, um die Qualitätskontrolle zu gewährleisten. Der Betriebszustand der Produktionsanlagen und Daten zur Produktqualität werden über IoT-Gateways erfasst und vom Fabrikmanagementsystem überwacht und analysiert. Dies hilft bei der Automatisierung und Verbesserung der Effizienz der Fabrik.
Funktionsweise der IoT-Gateways
1. Datenempfang
IoT-Gateways empfangen Daten, die von Geräten und Sensoren gesendet werden. Die Geräte und Sensoren werden dann über drahtlose Kommunikationstechnologien wie Bluetooth, Wi-Fi und ZigBee oder drahtgebundene Kommunikationstechnologien wie RS-232 und RS-485 an das IoT-Gateways angeschlossen.
2. Umwandlung
Das IoT-Gateways wandelt die empfangenen Daten in das entsprechende Format und Protokoll um. So können beispielsweise über Bluetooth gesendete Daten in TCP/IP umgewandelt werden.
IoT-Gateways können auch eine Filterung und Aggregation der empfangenen Daten vornehmen. So können sie beispielsweise unerwünschte Daten ausschließen oder Daten von mehreren Geräten oder Sensoren zusammenfassen.
3. Schutz
IoT-Gateways können die Sicherheit und Zuverlässigkeit der von ihnen empfangenen Daten verbessern. Sie können Daten mit Methoden wie Verschlüsselung und Signaturen schützen und die Datenqualität mit Methoden wie Fehlererkennung und -korrektur sicherstellen.
4. Datenübertragung
IoT-Gateways übertragen verarbeitete Daten an Server in der Cloud oder vor Ort.
Weitere Informationen zu IoT-Gateways
1. IoT-Bereichsnetze
Ein IoT-Netz ist ein Netz, das IoT-Geräte verbindet, die sich in relativ geringer Entfernung zueinander befinden. Im Allgemeinen werden Geräte in einem Umkreis von etwa 100 m miteinander verbunden.
IoT-Geräte, die über ein IoT-Area-Network verbunden sind, werden über ein IoT-Gateways mit dem Internet verbunden, das eine Brücke zwischen dem IoT-Area-Network und dem Internet schlägt. IEEE 802.15.4-Standards wie Bluetooth und Thread werden häufig verwendet.
Diese Standards wurden als energiesparende, langsame Kommunikationsmethoden entwickelt, die für IoT-Geräte geeignet sind. Andererseits werden zwischen IoT-Gateways und dem Internet schnellere Standards wie Wi-Fi und Ethernet verwendet, was zu geringeren Infrastrukturkosten und einem optimierten Stromverbrauch führt.
Einzelne IoT-Geräte, die direkt mit dem Internet verbunden sind, erzeugen einen erheblichen Datenverkehr und verbrauchen viel Strom. IoT-Area-Netze vermeiden diese Probleme, indem sie Gruppen von IoT-Geräten gemeinsam verwalten.
2. Edge Computing
Edge Computing ist ein Konzept für eine verteilte Rechenumgebung.
Frühe IoT-Systeme
Ursprünglich handelt es sich bei IoT-Systemen um serverzentrierte Systeme, bei denen alle Felddaten direkt oder über ein IoT-Gateways an einen IoT-Server übermittelt werden, der die gesammelten Daten aggregiert und die notwendige Verarbeitung vornimmt.
Bei serverzentrierten Systemen müssen die Informationen aus allen Felddaten verarbeitet werden. Da der Server auch die Serverfunktion übernimmt, haben größere Systeme außerdem Probleme mit der Netzwerklast und der Beanspruchung von Ressourcen durch die Datenspeicherung und -verarbeitung.
Moderne IoT-Systeme
Mit der verbesserten Leistung der in IoT-Geräten und IoT-Gateways verwendeten Hardware ist es nun möglich, neben der Verwaltung des Bereichsnetzes und der Protokollkonvertierung verschiedene Funktionen bereitzustellen. Daher ist es jetzt möglich, die mögliche Vorverarbeitung in der Nähe des Feldgeräts durchzuführen, wodurch die Interaktion mit dem IoT-Server, die Belastung des Netzes und die Optimierung der zu übermittelnden Daten minimiert werden.
Auf diese Weise werden Edge-Computer eingesetzt, um den Feldgeräten oder den in ihrer Nähe platzierten IoT-Gateways zusätzlich zu den herkömmlichen Netzwerkrelaisfunktionen fortschrittlichere Datenverarbeitungs- und -analysefunktionen zur Verfügung zu stellen, damit das gesamte IoT-System, einschließlich des Netzwerks, effizient arbeiten kann.