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Das "Internet der Dinge" als Herausforderung für zukünftige IT-Architekturen

Seminararbeit 2015 35 Seiten

BWL - Sonstiges

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1 EINLEITUNG
1.1 Vorwort
1.2 Zielstellung

2 GRUNDLAGEN
2.1 IT-Architekturen
2.2 Internet der Dinge
2.2.1 Radio Frequency Identification
2.2.2 Ubiquitous Computing
2.2.3 Industrie 4.0

3 HERAUSFORDERUNGEN FÜR ZUKÜNFTIGE IT-ARCHITEKTUREN
3.1 Konventionelle IT-Architekturen
3.1.1 Komponenten
3.1.2 Paradigmen
3.2 IT-Architekturen für das Internet der Dinge
3.2.1 Miniaturisierung / Systemintegration
3.2.2 Konvergenz
3.2.3 Vernetzung
3.2.4 Dezentralisierung
3.2.5 Selbstorganisation

4 CHANCEN UND RISIKEN
4.1 Unterscheidungsmerkmale
4.2 Datensicherheit
4.3 Datenschutz
4.4 Netzwerkinfrastruktur
4.5 Datenhaltung
4.6 Datenverarbeitung
4.7 Verfügbarkeit

5 ABSCHLUSS
5.1 Probleme
5.2 Ausblick

Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Schema von IT-Architekturen

Abbildung 2: Anzahl von vernetzten Dingen (1995 bis 2015)

Abbildung 3: Ansicht eines RFID Chips

Abbildung 4: Anwendungsbeispiele von Ubiquitous Computing

Abbildung 5: Die neue industrielle Revolution durch Industrie 4.0

Abbildung 6: Beispiel einer konventionellen IT-Architektur

Abbildung 7: Hierarchischer Aufbau einer IT-Architektur

Abbildung 8: Schemazeichnung einer IT-Architektur für das Internet der Dinge

Abbildung 9: „Kinetis KL03“ in einem Dimple eines Golfballs

Abbildung 10: Potentielle verbundene Devices bis 2020

Abbildung 11: Vergleich Data-on-Network und Data-on-Tag

Abbildung 12: Autarkes Logistiksystem („Multishuttle Moves“)

Abbildung 13: Sicherheitsbedenken beim Internet der Dinge

Abbildung 14: Wachstum der monatlich transferierten Daten (2011 bis 2016)

Abbildung 15: Investitionen in die IT (2012 bis 2020)

Abbildung 16: Uptimevergleich eines SaaS (Office365) versus On-Premise Äquivalent (Exchange)

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Einsatzgebiete, Anwendung und Vorteile des Trends „Internet der Dinge“

Tabelle 2: Das Internet Protokoll Version 4 und Version 6 im Vergleich

Tabelle 3: G-Serie der Cloud Computer in Microsoft Azure

1 EINLEITUNG

„The Internet gave us the opportunity to connect in ways we could never have dreamed possible. The Internet of Things will take us beyond connection to become part of a living, moving, global nervous system.“[1]

1.1 Vorwort

Unter den Top Ten der IT- Trends befindet sich seit einigen Jahren das Thema das Internet der Dinge (engl. „Internet of Things“, kurz IoT).[2] Das Thema beschreibt eine Zukunft in der Alltagsgegenstände, aber auch Industriekomponenten, miteinander interagieren und über freien Zugang zu beliebigen Informationsquellen verfügen. Durch diese Art der Kommunikation aller Dinge miteinander und mit dem Menschen wird sich das Leben maßgeblich verändern.[3] Seit Jahren wird das Thema als das Zukunftsthema der IT gesehen und verschiedene Wissenschaftler beschäftigen sich mit den Zukunftsvisionen und deren Ausgestaltungsmöglichkeiten. Die Firma IDC erwartet in den nächsten Jahren ein exponentielles Wachstum dieses Marktes und prognostiziert, dass Maschine-zu-Maschine-Verbindungen bis 2017 die Zahl der Maschine-zu-Mensch-Verbindungen übersteigen werden.[4] Die Frage die nun in jüngster Vergangenheit diskutiert wird: Wie verändern sich derzeitige IT-Architekturen durch den Trend des Internet der Dinge. Als jüngstes Beispiel ist die Gartner Studie „The Impact of the Internet of Things on Data Centers“ zu erwähnen, die die aktuellen Diskussionen zusätzlich belebt.[5]

1.2 Zielstellung

Im Rahmen dieser Hausarbeit werden konventionelle und zukünftige IT-Architekturen verglichen, verschiedene positive und negative Einflüsse auf den Trend des Internet der Dinge, als Herausforderungen für zukünftige IT-Architekturen, beschrieben und diskutiert. Abschließend werden Entwicklungen im IT-Markt an Beispielen der Marktführer Cisco Systems, EMC und Microsoft vorgestellt und zu einer Prognose mit Handlungsempfehlung für IT-Architekten zusammengeführt.

2 GRUNDLAGEN

2.1 IT-Architekturen

Die IT-Architektur ist die Lehre und Kunst der Strukturierung von IT-Systemen.[6] Der Begriff IT-Architektur umfasst alle statischen und dynamischen Aspekte der IT als Teil einer Gesamtorganisation. Die IT-Infrastruktur ist kein Synonym für die IT-Architektur, da noch weitere Aspekte neben der Infrastruktur (Server, Netzwerk, Storage, Anwendungen, etc.) hinzukommen. Ein weiterer wichtiger Aspekt der IT-Architektur ist das Management der Infrastruktur (IT-Organisation, Governance, Sicherheitsarchitektur, Business Continuity Management, etc.).[7] Des Weiteren sind Schnittstellen- und Supportstrukturen Teil der IT-Architektur, sodass sich ein komplexes Bild einer IT-Architektur ergibt. Die IT-Architektur setzt sich zum Ziel, dass alle Komponenten dynamisch und effektiv miteinander interagieren, um so effektiv das Unternehmen mit der IT zu unterstützen. Die IT-Architektur wird durch IT-Architekten, wenn im Unternehmen vorhanden, gestaltet und auf zukünftige Herausforderungen und Veränderungen vorbereitet.[8] Zumeist gibt es nicht die IT-Architekturzeichnung, sondern zumeist eine Reihe von Sichten auf die IT-Architektur, darunter Infrastrukturzeichnungen (wie in Abbildung 1 beispielhaft dargestellt), Schnittstellenzeichnungen aber auch Use-Case Darstellungen.[9]

Entnommen aus: (Birkhölzer, 2003)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Schema von IT-Architekturen

2.2 Internet der Dinge

Das Internet der Dinge beschreibt die Vision der Vernetzung beliebiger Dinge / Geräte aus verschiedenen Einsatzgebieten (Beispiele: Haushaltsgeräte, Kleidung, Maschinen, Verkehrsmittel, etc.). Die Vernetzung dient dazu die Geräte zu identifizieren, zu lokalisieren aber vor allem miteinander in Interaktion treten zu lassen. Die Geräte können sowohl rein passiv aber auch vollständig (pro-)aktiv agieren. Ein passives Gerät gibt Informationen preis (Ort, Beschaffenheit, etc.), wobei ein aktives Gerät die Daten selbst verarbeiten und entsprechend auf Veränderungen reagieren kann (Füllstand des Treibstofftanks, Temperaturänderungen, etc.). Durch sowohl die passive als auch aktive Kommunikation mit dem Menschen bzw. weiteren Objekten spricht man in der Folge von „smart objects“.[10] Diese „smart objects“ lassen sich in verschiedene Anwendungsfälle projizieren, sodass das Internet der Dinge einen omnipräsenten Ansatz bekommt.[11] Wie in Tabelle 1 zu sehen ist das Internet der Dinge in verschiedenen Einsatzgebieten bereits zu Anwendungsbeispielen mit entsprechenden Vorteilen vorgedrungen.

Entnommen aus: (itwissen.info, 2015)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Einsatzgebiete, Anwendung und Vorteile des Trends „Internet der Dinge“

Der Maschine-zu-Maschine (kurz M2M) Ansatz, der den Kommunikationsaustausch zwischen Endgeräten im Fokus hat, wird mittlerweile als Synonym zum Internet der Dinge gesehen, obwohl der Fokus auf der Interaktion zwischen Endgeräten liegt.

Beim Internet der Dinge ist sowohl die Kommunikation zwischen Endgeräten als auch die Interkation zwischen dem Menschen im Kern zu sehen.[12]

Das Internet der Dinge beschleunigt den Trend der Steigerung der vernetzten Menschen aber auch vernetzten Dinge. Wie in Abbildung 2 zu sehen ist, wird bereits in 2015 der Wert von 6,6 Milliarden vernetzten Dingen erreicht. Die Vernetzung ist die Grundvoraussetzungen für den Erfolg des Internet der Dinge.[13]

Entnommen aus: (bosch-presse.de, 2015)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Anzahl von vernetzten Dingen (1995 bis 2015)

Das Internet der Dinge ermöglicht verschiedene Zukunftsszenarien zu realisieren und sorgt, als Enabler, für innovative Geschäftsmodelle.[14] Geräte können nun Wartungsbedarf proaktiv melden und sich selbst vom Energieverbrauch her regulieren, sodass eine Optimierung der Kosten als einer der Hauptnutzen erkennbar wird.[15] Ein weiterer Aspekt ist die „Smartization“ bestehender Dinge. Das klassische Beispiel ist die Interaktion des Kühlschranks mit dem Lebensmittelhändler.[16] Somit wird aus einem Alltagsgegenstand ein „smart object“, das das Leben des Nutzers zunehmend vereinfacht.

2.2.1 Radio Frequency Identification

Die Radio Frequency Identification (kurz RFID) Technologie dient zur Identifizierung von Gütern. Mit Hilfe von RFIDs werden Güter auf dem Transportweg, aber auch Warenbestände in Lagern kontrolliert. Die RFID Technologie gilt als entscheidende Voraussetzung für das Internet der Dinge, da sie die Interaktion von Dingen zwischen der realen Welt und des Internets ermöglicht.[17] Die derzeitigen RFID Chips ermöglichen die Speicherung von Kennzahlen, sodass diese Kennzahlen im Verbund mit einer Datenbank verschiedene Informationen über den RFID Chip und damit des Trägers preisgeben (Produktionsdatum, Herkunftsland, Ziel, etc.).[18] Es gibt verschiedene Arten von RFID Chips und damit auch verschiedene Stromversorgungen. Rein passive RFID Chips, wie in Abbildung 3 zu sehen, beziehen ihren Strom über induktive Kopplung durch die Funksignale der benötigten Lesegeräte.[19] Darüber hinaus gibt es RFIDs mit eigener Stromversorgung, sodass längere Distanzen zwischen Lesegeräten überbrückt werden.

Die RFID Technologie ist nicht allein Wegbereiter für das Internet der Dinge, sondern setzt neue Maßstäbe in den Themenbereichen Low-Energy Objekte / Embedded Devices, Near Field Communication (kurz NFC) als auch in dem Themenbereich der effizienten Wireless-Kommunikation.[20] Die RFID Technologie gilt als Blaupause für weitere „smart objects“.

Entnommen aus: (ideen2020.de, 2015)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Ansicht eines RFID Chips

2.2.2 Ubiquitous Computing

Der Begriff Ubiquitous Computing (kurz UbiComp) beschreibt das Prinzip, dass der Computer aus der Wahrnehmung des Menschen weitestgehend verschwindet und in die alltägliche Umgebung integriert wird.[21] Der Begriff UbiComp wurde bereits 1991 von Marc Weiser definiert. In seinem Artikel „The Computer for the 21th Centaury“ spricht Weiser vom omnipräsenten Computer, der das Leben der Menschen transparent und unaufdringlich optimiert.[22] Die Computer sind Teil der Umgebung und sind über diverse Datennetzwerke (Funk, Infrarot, etc.) verbunden. Die Mehrwerte jedes einzelnen Computers sollen als Gesamtbild den Menschen von lästigen Routineaufgaben und Nebensächlichkeiten befreien, wie in Abbildung 4 veranschaulicht dargestellt wird.[23]

Entnommen aus: (Jurnal Komputasi Modern, 2015)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Anwendungsbeispiele von Ubiquitous Computing

Dieses Zielbild des UbiComp teilt das Internet der Dinge und formuliert realistische Einsatzszenarien und lässt die Vision aus 1991 sukzessive Realität werden.[24]

2.2.3 Industrie 4.0

Mit dem Einzug des Internet der Dinge in die Industrie wird von der vierten industriellen Revolution gesprochen und darin ist der Name Industrie 4.0 begründet. Bei Industrie 4.0 spricht man davon, dass die die Industrie durch den Einsatz von Cyber-Physical-Systems (kurz CPS) noch weiter automatisiert und intelligenter gestaltet wird.[25] Somit bilden diese CPS Systeme die Grundlage für die vierte industrielle Revolution (siehe Abbildung 5).[26] Es sollen autonome Systeme aufgrund, einer nahezu vollständigen, Informationslage Entscheidungen in Eigenregie treffen, um so die Wertschöpfungskette in Echtzeit steuern und optimieren zu können.[27] Die Rede ist von intelligenten Fabriken (engl. „smart factories”), die aus einer Vielzahl von intelligenten Objekten (engl. „smart objects”) bestehen, die in einem kontinuierlichen Informationsfluss die Flexibilität, Ergonomie und den Ressourceneinsatz optimieren.

Entnommen aus: (plattform-i40.de, 2015)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Die neue industrielle Revolution durch Industrie 4.0

Die nächste Iterationsstufe, in der Anwendung des Internet der Dinge, ist das Thema „smart city“, das die zumeist, in der Industrie bereits etablierten, IoT Themen auf Städte projiziert.

3 HERAUSFORDERUNGEN FÜR ZUKÜNFTIGE IT-ARCHITEKTUREN

3.1 Konventionelle IT-Architekturen

Konventionelle IT-Architekturen basieren auf einer Vielzahl von Anforderungen, die sich aus individuellen Rahmenbedingen der Unternehmen ergeben.[28]

Darunter sind

- Leistungsbedarf der Anwendungen,
- Zahl der Anwender,
- räumliche Verteilung der Anwender,
- Schnittstellen zu externen Systemen,
- Schulungsgrad der Nutzer,
- Sicherheitsanforderungen,
- Auftragslage und
- strategische Ziele des Unternehmens.

Diese beispielhaften Parameter führen zu IT-Architekturen, die heterogene Landschaften abbilden, um verschiedenste, darunter auch historische Bedürfnisse von Unternehmungen zu erfüllen.[29]

Heutige IT-Architekturen sind nur in kleinen Teilen auf neue Herausforderungen des Trends Internet der Dinge ausgelegt.[30] Zumeist sind die Komponenten und Paradigmen verschiedener IT-Architekturen, auch unternehmensübergreifend, deckungsgleich.

Die Komponenten und Paradigmen werden im Folgenden kurz skizziert und deren Problemstellungen im Kontext zu dem Internet der Dinge herausgearbeitet.

3.1.1 Komponenten

An dem Beispiel, das in Abbildung 6 zu sehen ist, werden verschiedene Komponenten eingesetzt, um Teile der Wertschöpfungskette abzubilden. Immer wiederkehrend sind die Begriffe Front End und Back End und die Kommunikationsbeziehungen wie http, msmq oder Web Portale.[31] Diese Komponenten werden zudem in Bereiche, in Abbildung 6 sind es 9 Bereiche, zusammengefasst, die als teilautonome Systeme agieren.

Entnommen aus: (IT IS AG, 2015)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Beispiel einer konventionellen IT-Architektur

Zu bemerken ist, dass eine Vielzahl von teilautonomen Systemen in IT-Architekturen im Einsatz sind, die lediglich eine Aufgabe erfüllen und in Unkenntnis der Gesamtarchitektur agieren. Darüber hinaus kann man beim Ausfall einer Komponente davon ausgehen, dass bestimmte Teile innerhalb der Wertschöpfungskette, respektive die Gesamte zum Erliegen kommen.[32]

Des Weiteren werden Komponenten in verschiedene Hierarchien zusammengefasst und in einen logischen Ablauf überführt. Wie Abbildung 7 zu sehen ist, beginnt der hierarchische Datenfluss bei den empfangen Signalen von Sensoren innerhalb der Komponentenschicht und endet bei der Auswertung innerhalb der Interaktion zwischen eines Menschen und eines Enterprise Resource Planning (kurz ERP) Systems, um dann in der Folge Entscheidungen treffen zu können, die im Umkehrschluss dann über die Ausführungsschichten, des Manufacturing Execution Systems (kurz MES), wieder zurückgemeldet werden.[33]

[...]


[1] (harborresearch.com, 2015)

[2] Vgl. (McKinsey Global Institute, 2013)

[3] Vgl. (bosch-presse.de, 2015)

[4] Vgl. (IDC, 2015)

[5] (Gartner, 2015)

[6] Vgl. (Durst, 2007), Seite 9

[7] Vgl. (Dern, 2009), Seite 16f

[8] Vgl. (Schmidt, 2009), Seite 45

[9] Vgl. (Dern, 2009), Seite 156

[10] Vgl. (itwissen.info, 2015)

[11] Vgl. (Mattern, 2007), Seite 11

[12] Vgl. (Mukhopadhyay, 2014), Seite 217f

[13] Vgl. (bosch-presse.de, 2015)

[14] Vgl. (informationweek.com, 2015)

[15] Vgl. (Arthur D. Little, 2015)

[16] Vgl. (itwissen.info, 2015)

[17] Vgl. (logistik-branchenbuch.de, 2015)

[18] Vgl. (elektroniknet.de, 2015)

[19] Vgl. (RFIDInnovations GmbH, 2015)

[20] Vgl. (RFIDInnovations GmbH, 2015)

[21] Vgl. (tronshow.org, 2015)

[22] Vgl. (Weiser, 1991), Seite 94-104

[23] Vgl. (bosch-presse.de, 2015)

[24] Vgl. (Ning, 2013), Seite 14f

[25] Vgl. (Anderson, 2013), Seite 19

[26] Vgl. (plattform-i40.de, 2015)

[27] Vgl. (Bauernhansl, ten Hompel , & Vogel-Heuser, 2014), Seite 249f

[28] Vgl. (Dern, 2009), Seite 23

[29] Vgl. (Dern, 2009), Seite 314f

[30] Vgl. (Gartner, 2015)

[31] Vgl. (Dern, 2009), Seite 16

[32] Vgl. (Durst, 2007), Seite 82

[33] Vgl. (beckhoff.de, 2015)

Details

Seiten
35
Jahr
2015
ISBN (eBook)
9783656904304
ISBN (Buch)
9783656904311
Dateigröße
1.5 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v293126
Note
Schlagworte
IoT Internet der Dinge IT-Architekturen RFID Ubiquitous Fog Computing Industrie 4.0

Autor

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