Virtueller Zwilling: IoT-Projekte risikofrei planen

Hohe Anfangsinvestitionen sind bei IoT-Projekten eher die Regel als die Ausnahme. Mit dem IoT Solution Optimizer sparen Unternehmen Zeit und Kosten bei der Planung ihrer IoT-Lösung.

Schäden erkennen, bevor sie sichtbar werden – das ist das Ziel eines Pilotprojekts auf der A9 bei Nürnberg. Zur Verbesserung der Verkehrsinfrastruktur wurde im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen unter anderem eine Brücke intelligent gemacht: Sensoren überwachen kontinuierlich Verschleiß und Materialermüdung von Stahl, Beton und Asphalt. Die vernetzten Bauteile kommunizieren über das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) miteinander. Mögliche Schäden können so frühzeitig erkannt und Instandsetzungsarbeiten vorgenommen werden – so lässt sich verhindern, dass die Brücke unbenutzbar wird oder gar einstürzt. Die Herausforderung bei solchen IoT-Projekten: Insbesondere festverbaute Lösungen wie in diesem Beispiel müssen über viele Jahre effizient und zuverlässig laufen.

Vielfach fehlt es Unternehmen jedoch an spezifischem Know-how, Erfahrungswerten oder Vergleichsmöglichkeiten in puncto passender Hardware oder Funktechnologien. Bereits im Vorfeld die richtige Gesamtlösung auszuwählen und so zum Beispiel hohe Folgekosten zu vermeiden, fällt dann schwer. Genau dafür hat die Telekom den IoT Solution Optimizer entwickelt: Mit diesem Online-Tool prüfen Unternehmen geplante IoT-Lösungen vorab virtuell auf Herz und Nieren, noch bevor sie die Kosten budgetieren oder reale Tests aufsetzen. Alle relevanten Parameter des IoT-Projekts und das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten lassen sich in einer virtuellen Umgebung komplett modellieren. Dieser virtuelle Zwilling hilft dabei, unter anderem folgende Fragen zu beantworten:

• Sind Hardware und Übertragungstechnik für eine bestimmte Anwendung geeignet – oder funktionieren andere Komponenten vielleicht effizienter und günstiger?
• Welche Sensoren und welche Vernetzung benötige ich, um Eingangsgrößen wie Temperatur, Feuchtigkeit, Dehnung oder Schwingung zu messen?
• Welche Batterien sind leistungsstark genug bei kalten Außentemperaturen im Winter oder für Installationen in Innenräumen?
• Mit welcher Technologie lassen sich die gesammelten Daten bestmöglich in die Cloud übertragen?
• Funktioniert meine Lösung auch im Ausland? Was passiert, wenn sich das Funkmodul in anderes Netz einwählt?
• Und wie erreiche ich eine möglichst lange Lebensdauer der Sensoren?

In Minuten zeigt der IoT Solution Optimizer, ob ein IoT-Projekt wie geplant funktionieren kann, wie effizient es ist und an welchen Stellen sich noch Optimierungspotenzial verbirgt. Unternehmen erhalten eine Entscheidungsgrundlage, mit der sie ihren Projektplan erstellen und optimieren können – noch bevor sie in die Umsetzung investieren.

Der cloudbasierte Service führt Schritt für Schritt durch das virtuelle Projekt und fragt dabei alle relevanten Aspekte ab – vom Einsatzgebiet über Hardware und Netzwerkprotokolle bis zur Batterielaufzeit und den Produkteigenschaften. Unternehmen können ein eigenes Design aufsetzen und in den einzelnen Teilschritten bedarfsgerechte Komponenten bestimmen. Oder sie greifen auf Lösungen aus dem integrierten IoT-Produktregal der Telekom-Partner zurück.

Mit dem IoT Solution Optimizer haben Hunderte Kunden inzwischen mehr als 1.000 Projekte modelliert. Seit dem Start 2019 hat das Tool, das jetzt auch das Green-Magenta-Label für Nachhaltigkeit trägt, etliche neue Features erhalten:

• Interessierte können den Service ein Jahr kostenfrei  nutzen: einfach registrieren und loslegen mit der Projektplanung am virtuellen Zwilling. Optional kann zuvor ein Mobile IoT Starter Workshop gebucht werden.
• Die Zahl der verfügbaren Ländernetze ist deutlich gestiegen: Neben dem europaweiten Netz der Telekom sind nun auch 20 europäische Partnernetze sowie das Netz von T-Mobile US nutzbar.
• Neben NarrowBand IoT (NB-IoT) stehen jetzt auch Funkmodule für LTE-M sowie ein Multimode-Modul zur Verfügung. Das ermöglicht grenzübergreifende Use Cases in ganz Europa. Das Angebot umfasst Produkte von mehr als 100 Herstellern. Insgesamt verfügt die Telekom über den weltweit größten Katalog an zertifizierten IoT-Modulen.
• Zur Positionsbestimmung ist in den Modulen nun auch GNSS/GPS integriert.
• Mehr als 50 verschiedene Endgeräte für 30 Branchen und Anwendungsgebiete stehen für einen Hardware-Vergleich bereit.
• Mehr Cloudprofile für Anbieter wie Microsoft Azure sowie Protokolle wie etwa TLS/DTLS für verschlüsselte MQTT-Kommunikation stehen zur Auswahl.

Wie präzise sich ein IoT-Projekt planen lässt – und wie wichtig jeder einzelne Schritt ist –, zeigt zum Beispiel die Wahl der passenden Funkantenne. An Antennen oder die Batterielaufzeit denken Projektplaner oft erst zum Schluss. Dabei haben gerade diese unscheinbaren Komponenten großen Einfluss auf das Gelingen der gesamten Planung. Mit dem IoT Solution Optimizer lässt sich nicht nur die passende Funkantenne finden. Sogar die Platzierung der Antenne auf einer virtuellen Platine können Produktplaner testen. Erst dann zeigt sich, wie sich die Ausrichtung der Antennen auf die Reichweite auswirkt – ein entscheidender Faktor, wenn es sich etwa um einen Indoor-Use-Case handelt. Auch wie die Wahl der Antenne die Batterielebensdauer des Moduls beeinflusst, lässt sich vorab simulieren.

Um diese industrieweit einzigartigen Simulationen ausführen zu können, ließen Telekom-Techniker Hunderte Was-wäre-wenn-Szenarien in der Cloud ablaufen. Dafür sind in den IoT Solution Optimizer über die Jahre Daten aus der gesamten User Community ebenso eingeflossen wie aus Telekom-Projekten und dem stetig wachsenden Partner-Netzwerk, Informationen der Hersteller von Batterien, Antennen und GPS-Receivern sowie Netzwerkkonfigurationen von Roamingpartnern.

Ein großer Vorteil für das Projektteam ist der Zeitgewinn. Für ein virtuelles Gerät lässt sich beispielsweise für einen Zeitraum von 15 Jahren die Batterielebensdauer prüfen, mit einer Genauigkeit von weit über 90 Prozent. Musste man zuvor tagelang an Excel-Tabellen herumschrauben, liegt das Ergebnis nun binnen Sekunden vor. Die Folge: ein deutlich früherer Marktstart. Außerdem lassen sich teure Irrtümer bei der Wahl der Hardware vermeiden und somit wertvolle Kosten und Ressourcen sparen. Unternehmen finden nicht nur ohne Risiko den Weg ins IoT, sondern gleich auch noch Optimierungspotenzial für das geplante Projekt – bevor der erste Euro investiert wurde.

Im Falle der Brückenbauer könnte das dann so aussehen: Sie benötigen Sensoren, die Temperatur, Feuchtigkeit, Dehnung und Schwingung messen und durch den Druck im Beton nicht beschädigt werden. Außerdem muss die Hardware ohne externe Stromversorgung über Jahre funktionieren. Die Planer wählen passende Komponenten aus dem IoT-Angebot der Telekom. Weil keine großen Datenraten bei den Messungen nötig sind, dafür aber eine zuverlässige Übertragung in die Cloud, eignet sich NB-IoT als Funktechnik. Die Performance-Analyse zeigt, dass sich mit einer anderen Batterie und einem anderen Protokoll die Batterielaufzeit der vernetzten IoT-Geräte verdoppeln und die Produktkosten insgesamt senken lassen. Das optimierte Messmodul geben die Brückenbauer nun bei einer Spezialfirma in Auftrag, die – deutlich früher als geplant – mit der Fertigung beginnen kann. So profitieren die Planer von der eingesparten Zeit, weil im weiteren Fertigungsprozess keine außerplanmäßigen Verzögerungen auftreten. Die Projektpartner freuen sich indes über die deutlich geringeren Gesamtkosten.