Sensorik Sensor-Trends für 2022 – Klimaschutz, Gesundheit und Datenpotenzial

Ein Gastbeitrag von Felix Wolf*

CO2-Sensoren kommen in immer mehr IoT-Anwendungen zum Einsatz. Für Herausforderungen wie den Klima- und den Infektionsschutz können sie einen wichtigen Beitrag leisten. Damit werden auch anwenderfreundliche Lösungen und Data Analytics wichtiger, doch Lieferengpässe bremsen die Entwicklung.

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Sensoren als Helfer in der Pandemie? Mit einem steigenden CO2-Gehalt der Luft nimmt das Infektionsrisiko zu. Hier kann sensorbasierte IoT helfen, indem rechtzeitig gewarnt wird, ohne dabei persönlich Daten zu sammeln.
Sensoren als Helfer in der Pandemie? Mit einem steigenden CO2-Gehalt der Luft nimmt das Infektionsrisiko zu. Hier kann sensorbasierte IoT helfen, indem rechtzeitig gewarnt wird, ohne dabei persönlich Daten zu sammeln.
(Bild: Alpha-Omega Technology)

Seit Jahren steigt das Interesse an Funkstandards für die Datenkommunikation im Internet of Things (IoT). Der private Energieverbrauch soll analysiert und gesenkt werden, um die Klimaziele zu erreichen. In der Folge setzen Stadtwerke und Wohnungsunternehmen immer häufiger intelligente Messgeräte ein. Auch Gewerbe und Industrie stellen unabhängig von gesetzlichen Vorgaben zunehmend auf eine smarte Erfassung um. Doch auch jenseits des Energiemanagements findet das sensorbasierte IoT immer mehr Freunde. Als Anbieter für IoT-Infrastrukturen und Betreiber eines Online-Shops für LPWAN-Produkte im deutschsprachigen Raum sehen wir bei Alpha-Omega Technology drei Trends für das sensorbasierte IoT in diesem Jahr.

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Trend 1: LPWAN-Sensoren unterstützen Gesundheits- und Klimaschutz

Das sensorbasierte IoT kommt immer häufiger für Maßnahmen des Gesundheits- und Klimaschutzes zum Einsatz und wird so Teil des Alltags. Mit der COVID-19-Pandemie und neuen Arbeitsschutzregeln ist zum Beispiel das Thema Luftqualität ins Bewusstsein der breiten Öffentlichkeit gerückt. Arbeitgeber sind seit dem letzten Sommer angehalten, die Qualität der Luft über eine CO2-Messung zu kontrollieren. Die Anzahl der Menschen in einem geschlossenen Raum hat direkten Einfluss auf die Infektionsgefahr. Denn die Höhe des CO2-Gehaltes wirkt sich darauf aus, ob sich Menschen mit Influenza oder Covid-19 infizieren. Sensoren überwachen also die Luft in Klassenräumen, Großraumbüros oder Produktionsstätten und melden, wenn festgelegte Grenzwerte erreicht sind.

Gemäß Umweltbundesamt sind grundsätzlich Konzentrationen von mehr als 1.000 ppm CO2 in der Raumluft als auffällig zu behandeln, ab einer Konzentration von 2.000 ppm gilt der Wert als inakzeptabel. Viele Bereiche unserer Gesellschaft, wie Gastronomie oder Kultur, blieben im vergangenen Winter trotz hoher Infektionszahlen geöffnet. Die Auflagen für den erforderlichen Infektionsschutz umzusetzen, erfordert zusätzliches Personal für Eingangskontrollen und ist kostenintensiv. Ein sensorbasiertes IoT kann Abhilfe schaffen, ohne persönliche Daten zu erfassen: Infrarot-Lichtschranken und Personen-Counter geben anonym Auskunft über die Auslastung von Geschäften, Restaurants oder Meetingräumen. Auch bei der Überwachung der Schadstoffe in Werkstätten kann ein auf Sensorik basierendes IoT helfen.

LoRaWAN überträgt Messwerte lizenzfrei und sicher

Als Funktechnologie für solche Anwendungsfälle hat sich der offene Standard Long-Range-Wide-Area-Network, kurz LoRaWAN, bewährt. Er überträgt Sensordaten mit wenig Energie auch über große Distanzen und bietet eine hohe Gebäudedurchdringung. Die Sensoren sind einfach konstruiert. Das macht sie preiswert und flexibel einsetzbar. Betreiber können die Infrastruktur selbst aufbauen – so entsteht keine Abhängigkeit von einem Netzbetreiber. LoRaWAN bietet eine sichere Grundlage, denn das Protokoll arbeitet mit einer zweistufigen symmetrischen Verschlüsselung. Zudem wird der Schlüssel niemals per Funk übertragen.

Natürlich lassen sich weitere Werte messen, wie Temperatur, Bodenfeuchte oder Wasserstände. Auf diese Weise unterstützt das IoT beim Management der Klimafolgen: Wird etwa der Waldboden mit Bodenfeuchtesensoren überwacht, können die Daten rechtzeitig vor Waldbränden warnen. Und Wasserstandsensoren werden zukünftig im Zusammenhang mit Hochwasser-Warnsystemen eine Rolle spielen. Der Einsatz von smarter Sensorik ist auch für den aktiven Klimaschutz keine Zukunftsmusik mehr: Das beweisen innovative Klimaschutzprojekte wie das ‚Project Carbdown‘ der Carbon Drawdown Initiative. Die Initiatoren möchten CO2 mithilfe von Gesteinsmehl auf Ackerflächen binden. Ein sensorbasiertes LoRaWAN-IoT misst das absorbierte CO2. Sensoren erfassen dafür die Daten unterirdisch in verschiedenen Bodentiefen.

Trend 2: Funkstandards kombinieren

Um die Messwerte datenschutzkonform für die weitere Auswertung an einen Server zu übertragen, eignen sich neben LoRaWAN weitere Low-Power-Wide-Area-Network-(LPWAN)-Funkstandards wie Narrowband IoT, kurz NB-IoT. Die Kombination mehrerer LPWAN-Technologien liegt im Trend: Bislang stand zumeist die Frage im Mittelpunkt, welches der beste Funkstandard für ein sensorbasiertes IoT ist. Doch jede Lösung hat Vor- und Nachteile. Wer die Unterschiede kennt und clever kombiniert, kann mehr aus seinen vernetzten Sensoren herausholen und schafft Potenzial für Einsparungen, Wartung oder Gefahrenabwehr. Die Einsatzmöglichkeiten reichen vom Facility Management über den smarten Landwirtschaftsbetrieb bis hin zur Smart City.

Ein Beispiel: NB-IoT bringt ähnliche Eigenschaften mit wie LoRaWAN, doch es gibt einen wichtigen Unterschied. NB-IoT nutzt das bestehende Netz der großen deutschen Mobilfunkanbieter und kann daher fast überall betrieben werden. So kann NB-IoT gut an solchen Einsatzorten einspringen, die LoRaWAN nicht abdeckt, weil die Aufstellung zusätzlicher Gateways nicht praktikabel ist – etwa in unwegsamem Gelände, in abgelegenen Liegenschaften oder bei sehr dicken Kellermauern.

Trend 3: Datenpotenzial nutzen mit Data Analytics

Mit der Verbreitung des sensorbasierten IoT wächst auch das Interesse an Lösungen, um die erfassten Daten zu analysieren, dynamisch zu visualisieren und langfristig zu speichern. Neben einfach zu bedienenden Plattformen wie beispielsweise Datacake, bei denen man sich selbst ohne Programmierung Dashboards erstellen kann, werden in Zukunft zunehmend Speziallösungen angeboten, um insbesondere spezifische Aufgaben gut zu erfüllen. Dies kann die Steuerung von Straßenbeleuchtung oder das Facility Management sein.

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Eine steigende Nachfrage verzeichnen auch Geschäftsanalyse-Dienste wie Microsofts Power BI. Sie helfen dabei, große Mengen an komplexen Daten aus unterschiedlichen Quellen automatisiert zu verarbeiten. Bei den großen Anbietern findet man leistungsfähige Dienste in den Bereichen Data Analytics und Data Insights. Der Netzwerk-Server ‚The Things Stack‘ führt die Nutzer direkt zu Amazon Web Service (AWS), wo der ‚The Things Stack AWS Launcher‘ eine einfache Lösung bietet. Wer professionelle Business-Applikationen wünscht, die sich in die bestehende Software-Infrastruktur integrieren lassen, wird sich die Microsoft Cloud ansehen.

Die IoT Edge Plattform ‚Bitmotecosystem‘ schafft es mittels einer großen Anzahl von Schnittstellen, interner Datenbank, Analysetools und Visualisierungssoftware, dass auch Betriebe mit wenig Know-how IoT effektiv nutzen können und Sensordaten im gesamten Firmennetzwerk zur Verfügung stehen. Die Integration von Sensoren und leicht bedienbaren IoT-Plattformen wie Bitmotecosystem in den laufenden Produktionsprozess von Mittelstandsunternehmen eröffnet ein großes Potenzial. Die Plattformen können viele Aufgaben, wie beispielsweise die Füllstandsüberwachung, übernehmen und so rechtzeitig alarmieren, um Produktionsausfälle zu vermeiden. Auf Dauer lassen sich so auch Daten sammeln. Auf deren Basis kann die Plattform entweder über einen Alarm bei Grenzwertüberschreitung oder über den durchschnittlichen Verbrauch eine automatische Meldung an den Einkauf schicken. So kann dieser rechtzeitig eine neue Bestellung auslösen, Überbestand vermeiden und Platz und Ressourcen schonen.

Lieferengpässe führen zu höheren Preisen

Aus verschiedenen Gründen herrscht derzeit weltweit ein Mangel an Halbleiterbauteilen. Er trifft nicht nur die Autoindustrie, sondern wirkt sich leider auch auf die Verfügbarkeit für IoT-Sensorik aus. Der Chipmangel wird voraussichtlich bis ins kommende Jahr bestehen bleiben. Die Folge der Engpässe sind spürbare Preissteigerungen. Darüber hinaus kann es auch weiterhin zu Lieferengpässen kommen wie schon im Jahr 2021. Händler wie Iot-shop.de versuchen in der Regel, die Situation abzufedern und sind im engen Austausch mit ihren Kunden, um beispielsweise alternative Produkte zu empfehlen.

* Felix Wolf ist CTO und einer der Gründer von Alpha-Omega Technology GmbH & Co KG.

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