Buch Machine-to-Machine-Kommunikation

Die Revolution der mobilen Kom­mu­nika­tion­stech­nolo­gie

Um den An­forderun­gen eines immer komplexeren Zusam­men­spiels in der globalen Wirtschaft gerecht zu werden, benötigt und entwickelt die Menschheit immer mehr Maschinen. Bereits 2020 werden die Maschinen die weltweite Bevölkerung zahlenmäßig um das 30-Fache übertreffen. Weder eine einzelne Gesellschaft noch die Menschheit insgesamt kann diese Technikflut kon­trol­lieren. Deshalb gewinnt die Vernetzung der Maschinen in den nächsten Jahren immer mehr an Bedeutung.

„Schon bald werden mehr Maschinen au­toma­tisiert miteinander kom­mu­nizieren als Menschen.“

Unter dem Schlagwort Ma­chine-to-Ma­chine-Kom­mu­nika­tion (M2M) werden derzeit immer leistungsfähigere Tech­nolo­gien entwickelt, die die Wirtschaft rev­o­lu­tion­ieren. Künftig werden nicht nur ver­schieden­ste Maschinen, sondern sogar ganze Stromnetze weltweit zu einem umfassenden Netzwerk verbunden. Die Her­aus­forderun­gen, die es dabei zu meistern gilt, sind allerdings gewaltig. Neben den technischen Ansprüchen sind vor allem wirtschaftliche Hürden und gesellschaftliche Widerstände zu überwinden. Denn M2M-Kom­mu­nika­tion ruft nicht nur Begeis­terung hervor. Skeptiker befürchten Daten­miss­brauch und Eingriffe in die Privatsphäre sowie ökonomische Nachteile, da die neue Art der Kom­mu­nika­tion bestehende Mark­t­mech­a­nis­men außer Kraft setzen wird. Technisch betrachtet gewinnt das Streben nach weltweiten, un­ternehmens- und branchenübergreifenden Standards an Dringlichkeit. Damit soll die M2M-Kom­mu­nika­tion schnell einer breiten Masse zugänglich gemacht werden. Bislang setzen nur 12 % der Firmen auf die Vernetzung der Maschinen – trotz der schon heute zu re­al­isieren­den Profite in Produktion und Logistik.

Die Vielfalt der M2M-Kom­mu­nika­tion

Bei der Vernetzung von Maschinen handelt es sich um einen au­toma­tisierten Date­naus­tausch, der klassische Pro­duk­tion­s­maschi­nen oder ganze Pro­duk­tion­sstraßen ebenso wie Alltagsgeräte und virtuelle Maschinen (Software) überall auf der Welt miteinander verbinden kann. Vo­raus­set­zung dafür ist, dass die In­for­ma­tions- und Telekom­mu­nika­tion­stech­nik (IT) zunehmend in Maschinen integriert wird, etwa mithilfe von Chips. Im Alltag kann dann z. B. die Heizung in der eigenen Wohnung per Handy gesteuert werden, Kühlschränke können selbstständig Einkäufe in Auftrag geben, oder wegen einer Leerstelle in einem Su­per­mark­tre­gal wird die Produktion neuer Waren angestoßen. Damit diese Prozesse reibungslos funk­tion­ieren, müssen nicht nur alle Geräte an ein leis­tungsstarkes Com­put­er­sys­tem angeschlossen sein. M2M-Kom­mu­nika­tion erfordert auch ein zuverlässiges Datenübertra­gungsnetz wie LAN, GPS oder ISDN, den Einsatz selbstständig arbeitender Server sowie umfassende Di­en­stleis­tun­gen in der Telekom­mu­nika­tion und Beratung.

„50 Milliarden Maschinen weltweit bei 6 Milliarden Menschen sprechen bereits eine deutliche Sprache.“

Sind die Maschinen erst einmal per IT und Mobilfunk verbunden, entstehen zahlreiche in­tel­li­gente Anwendungsmöglichkeiten. Die wichtigsten sind:

• Smart Grids: In­tel­li­gente Netzwerke, die Energie und Daten gle­ichzeitig übertragen können und z. B. die Stromgewin­nung dem in­di­vidu­ellen Verbrauch laufend anpassen, etwa indem sie Flauten bei erneuer­baren Quellen durch Atomstrom ausgleichen oder Elek­troau­tos als Speicher nutzen.
  
• Smart Metering: In­tel­li­gente Daten­er­fas­sung, bei der z. B. Stromzähler online abgelesen und Rückmeldungen zum aktuellen Stromver­brauch gegeben werden. Das animiert den Kunden zum Stromsparen.
  
• Smart Homes: In­tel­li­gente Gebäude, in denen sich der Einsatz aller Maschinen automatisch an den günstigsten Strom­tar­ifen, den Wet­terbe­din­gun­gen oder den All­t­ags­ge­wohn­heiten (Kaf­feeau­tomat geht mit dem Klingeln des Weckers an) orientiert.
  

„Die alten Mark­t­mech­a­nis­men ändern sich. Stan­dar­d­isierun­gen durch Kooperation und Interaktion sind heute gefragt, damit Kom­pat­i­bilität zwischen den Tech­nolo­giefeldern und Branchen entsteht.“

Diese drei En­twick­lun­gen sind vor allem für das Energie- und Gebäude­m­an­age­ment von großer Relevanz, eröffnen jedoch auch andere lukrative Einsatzmöglichkeiten. Dazu zählen etwa die Verkehrss­teuerung, Fi­nanz­di­en­stleis­tun­gen, mobile Bezahlung, Transport und Handel sowie Elek­tro­mo­bilität. Zahlreiche Forschungsin­sti­tute prog­nos­tizieren, dass in diesen Gebieten schon bald eine breite Masse Zugang zur M2M-Kom­mu­nika­tion erhalten wird. Von der Tech­nik­seite her sprechen der rasante Trend zur Minia­tur­isierung, die hohe Verbreitung des Mobilfunks, ständig steigende Spe­icherka­pazitäten von Chips, immer schnellere Datenübertra­gun­gen und die Tatsache, dass alle Wirtschaft­sprozesse zunehmend von der IT durch­drun­gen werden, für diese Entwicklung.

An­forderun­gen an die Vernetzung von Maschinen

In der M2M-Welt erfahren Produkte und Di­en­stleis­tun­gen einen tief greifenden Wandel. Entschei­den­des Kriterium für ihren Wert ist nicht mehr länger die Qualität. Vielmehr bestimmt künftig der Grad ihrer Vernetzung und der daraus re­sul­tierende Nutzen, wie sie von den Kunden aufgenommen werden. So gewinnt z. B. die Bezahlung per Handy erst dann an Attraktivität, wenn sie von vielen Händlern akzeptiert wird und die Daten mit den Banken kostengünstig aus­ge­tauscht werden können. Dass eine Stan­dar­d­isierung aber nicht immer das qualitativ beste Produkt her­vor­brin­gen muss, zeigt die heute übliche Com­put­er­tas­tatur, die noch aus den Zeiten der mech­a­nis­chen Schreib­mas­chine stammt. Ihre weltweit verbreitete Akzeptanz verhindert, dass sich bei den Computern Tas­te­nanord­nun­gen durchsetzen können, die ein viel schnelleres Schreiben ermöglichen.

„Die Verknüpfung von Maschinen über gängige Kom­mu­nika­tion­snet­zw­erke zum Zweck der Interaktion führt zu einem so genannten ,Internet in­tel­li­gen­ter Objekte‘ oder auch ,Internet der Dinge‘.“

Die Vernetzung der Maschinen verlangt nicht nur die Einführung von Standards. Sie erfordert auch eine neue Art der Geschäftsführung. So ist der Erfolg von profitablen M2M-Kom­mu­nika­tion­stech­niken stark davon abhängig, wie schnell eine hohe Zahl an Kunden die neuen Einsatzmöglichkeiten akzeptiert. Eine wichtige Aufgabe von Unternehmen wird es daher sein, Ko­op­er­a­tionspart­ner zu finden, mit denen die Verbreitung der Tech­nolo­gien gemeinsam vo­r­angetrieben werden kann. Für das Management ist damit eine erhöhte Ko­or­di­na­tion­sanstren­gung verbunden, da die Ko­op­er­a­tionspart­ner sowohl Kunden, Zulieferer und Wet­tbe­wer­ber als auch staatliche In­sti­tu­tio­nen sein können. Darüber hinaus müssen die Kun­den­er­wartun­gen noch stärker in den Fokus gerückt werden, da sie den Erfolg von M2M-Stan­dards maßgeblich bee­in­flussen. Des Weiteren gewinnen Preis­strate­gien und Komplementärprodukte an Bedeutung.

Effizientes En­ergie­m­an­age­ment

Die Verbindung von Smart Metering mit Smart Grids und Smart Homes verschafft nicht nur En­ergiean­bi­etern Kosten­erspar­nisse und Ef­fizien­zgewinne. Die in­tel­li­gente Stromerzeu­gung ist auch ein wesentlicher Beitrag zum globalen Umweltschutz und zu mehr Transparenz in der Nutzung unserer begrenzten Ressourcen.

„Generell besteht die Gefahr, dass sich wünschenswerte Standards nicht etablieren.“

Zwar steckt die Entwicklung dieser Märkte noch in den Anfängen. Aber es gibt bereits vielver­sprechende Pi­lot­pro­jekte, etwa das „Haus der Gegenwart“ in München, in dem sich alle technischen Vorgänge per Computer oder Mo­bil­tele­fon steuern lassen. In vielen Bürogebäuden werden bereits Kli­maan­la­gen oder Son­nen­schutzsys­teme mittels Sensoren kon­trol­liert, die die Umweltdaten erfassen. In den USA und in Skan­di­navien werden Stromzähler zunehmend per Funk abgelesen. Verstärkte Initiativen der En­ergiev­er­sorger sowie gesetzliche Vorschriften und Anreize zur Einführung in­tel­li­gen­ter Messgeräte weisen darauf hin, dass dieser Markt in den nächsten Jahren deutlich wachsen wird. Den Durchbruch werden die neuen Tech­nolo­gien allerdings erst schaffen, wenn gewährleistet ist, dass die Netze sicher sind und die Daten nicht missbraucht werden können.

Fließende Verkehrsströme

Die großen Vorzüge der M2M-Kom­mu­nika­tion erfahren die meisten Menschen heute bereits im Straßenverkehr. Leitsysteme zur Stau­umge­hung per Telematik oder die elek­tro­n­is­che Erfassung von Mautgebühren sind erste En­twick­lun­gen, um den Verkehr fließender, sicherer und en­ergies­paren­der zu gestalten. Angesichts des stetig wachsenden Autostromes sind diese Maßnahmen allerdings nur ein Anfang.

„Als Smart Grids bezeichnet man Stromnetze, die neben dem herkömmlichen Strom­trans­port auch bidi­rek­tionale Datenkom­mu­nika­tion erlauben und den An­forderun­gen für einen hochkom­plexen Netzbetrieb genügen.“

Weitere En­twick­lun­gen wie die Kom­mu­nika­tion zwischen Fahrzeugen zur Abwendung von Gefahren an Kreuzungen, Geschwindigkeitswar­nun­gen oder die au­toma­tisierte Prüfung von Umwelt­plaket­ten sind wünschenswert. Auch die Verbindung der Fahrzeuge mit dem Internet über die Schnittstelle Mo­bil­tele­fon wäre ein wichtiger Schritt zur Förderung von Sicherheit, Komfort und Umweltschutz. Dies scheitert bislang jedoch u. a. an fehlenden Standards, wie etwa einem europaweit ein­heitlichen Notruf, sowie einer mangelnden Erfassung der Verkehrs­daten.

Mobiler Zahlungsverkehr

Eine der revolutionärsten Erfindungen für die Wirtschaft war sicherlich die Einführung der Kreditkarte und des Electronic Cash. Nun steht der beschle­u­nigte Fi­nanz­trans­fer vor einem weiteren Quan­ten­sprung: dem Bezahlen per Mobilfunk, auch Mobile Payment (MP) genannt. Der Erfolg dieser Zahlungsweise, die den Handel weiter vere­in­fachen soll, hängt allerdings entschei­dend davon ab, ob sich weltweit ein ein­heitlicher Standard für einen solchen Einsatz der Mo­bil­funkgeräte durchsetzt. Zwar wünschen sich schon viele Menschen diese Möglichkeit, vor allem für kleine Beträge, und die Technologie ist auch längst ausgereift. Doch ungelöste Fragen der Sicherheit und der Abstimmung der Anbieter un­tere­inan­der verhindern den Durchbruch noch.

Trans­par­ente Wertschöpfung

Kostenop­ti­mierung ist eine der vor­dringlich­sten Aufgaben von Unternehmen. Der of­fen­sichtlich­ste Ansatz ist die Steuerung des Waren­flusses. Es ist daher auch kein Wunder, dass sich die M2M-Kom­mu­nika­tion in Produktion, Logistik, Transport und Handel zuerst durchge­setzt hat. Seit Jahren gibt es in vielen Unternehmen ein satel­litenges­teuertes Flot­ten­man­age­ment oder eine com­put­erges­teuerte Pro­duk­tbestel­lung.

„Durch M2M werden Branchen miteinander verknüpft, die zuvor keinerlei oder sehr wenige Berührungspunkte hatten.“

Einer der wichtigsten Bausteine dieser Vernetzung von Maschinen ist der RFID-Tag, mit dem Produkte bereits zu Beginn ihrer Herstellung aus­ges­tat­tet werden. Dieser Datenträger stellt jederzeit sämtliche Pro­duk­t­in­for­ma­tio­nen – vom Pro­duk­tions­be­ginn bis zur Aus­liefer­ung in den Handel – über elek­tro­mag­netis­che Wellen zur Verfügung. Die Daten können an jedem Ort per In­for­ma­tion­stech­nolo­gie eingesehen werden. Ein flächen­deck­ender Einsatz dieser M2M-Kom­mu­nika­tion scheitert bislang u. a. daran, dass die Auswertung der RFID-Tags noch einige Mängel aufweist. Zudem sind vor allem kleine Unternehmen noch nicht hinreichend über die tatsächlichen Vorteile und Einführungskosten informiert.

Mobilität aus der Steckdose

In der breiten Öffentlichkeit ist das Elektroauto im Trend – zumindest in der Diskussion. Wenn es aber an die konkrete Umsetzung geht, bleibt der Wunsch nach Elek­tro­mo­bilität sowie nach neuen Car­shar­ing-For­men noch Zukun­ftsmusik. Dies liegt nicht nur an den Au­to­her­stellern, die die Entwicklung lange verschlafen haben, sondern auch an Politikern und Behörden, die über geeignete Standards für diesen Markt, etwa das optimale Aufladen der Fahrzeuge betreffend, streiten.

„Ins­beson­dere die großen En­ergiekonz­erne werden die Treiber der Kom­pat­i­bilität in den drei smarten Domänen (Smart Grid, Smart Metering, Smart Homes) sein müssen.“

Eine der wichtigsten Fragen ist z. B., ob ein lan­desweites Netz an ein­heitlichen Stromzugängen oder vol­lau­toma­tisch funk­tion­ieren­den Akkuwech­sel­sta­tio­nen, die den Ladevorgang deutlich beschle­u­ni­gen, etabliert werden soll. Auch die Verbindung mit dem Mo­bil­funknetz muss vo­r­angetrieben werden, um das Bezahlen zu vere­in­fachen. Die drängenden Probleme der Verkehrsüberlastung und des Umweltschutzes sorgen allerdings dafür, dass alle Beteiligten verstärkt nach Lösungen suchen.