Das Internet der Dinge der nächsten Generation

Neben künstlicher Intelligenz (KI) und Big Data steht das Internet der Dinge (IoT) im Zentrum der Digitalisierung der Weltwirtschaft. Die von Sensoren gesammelten Daten können überwacht und zurückgespeist werden, um eine Aktion einzuleiten, Erkenntnisse zu gewinnen oder auf ein anderes verbundenes Objekt zu reagieren, das Hunderte von Kilometern entfernt ist. Wenn die Verarbeitung an den Rand rückt, können wir unnötige Kommunikations- und Speicherkosten vermeiden, während wir maschinelles Lernen und KI anwenden, um Datenmuster zu identifizieren, die Auswirkungen auf physische Prozesse oder Unternehmen haben.

Abbildung 1: Cloud-Edge-IoT-Orchestrierung

Angesichts des exponentiellen Wachstums vernetzter Geräte und Systeme werden Datenverarbeitung und Analytik zum Motor für die Digitalisierung unserer Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt. Da Geräte immer intelligenter werden, wenn es darum geht, Daten zu sammeln, Informationen zu verarbeiten und zu übertragen und Aktionen in Echtzeit auszulösen, steht das IoT im Mittelpunkt dieser digitalen Transformation und integriert Geräte, Daten, Rechenleistung und Konnektivität.

Das Internet der Dinge der Zukunft

Das IoT schafft intelligente Umgebungen mit digitalen Technologien, um die Art und Weise zu optimieren, wie wir unser Leben leben. Der Rollout von über 41 Milliarden IoT-Geräten wird bis 2025 erwartet (International Data Corporation). Dies wird zu einem exponentiellen Wachstum von Daten führen und Computing-Operationen und Datenanalysen an den Rand drängen.

Edge Computing basiert auf einer mehrschichtigen Technologie, die das Management und die Automatisierung vernetzter IoT-Geräte ermöglicht. Es ist die logische Weiterentwicklung des vorherrschenden Cloud-Computing-Modells, das die Übertragung unternehmenskritischer Daten in die Cloud vermeidet und Resilienz, Echtzeitbetrieb sowie Sicherheit, Privatsphäre und Schutz unterstützt. Gleichzeitig reduziert es den Energieverbrauch und unseren CO2-Fußabdruck. Beim Edge-Computing bewegt sich die Verarbeitung von einem zentralen Punkt näher an (oder sogar in) das IoT-Gerät selbst: Der "Rand" oder die Peripherie eines Netzwerks.

Forschung, Innovation und Einführung der nächsten Generation des Internets der Dinge werden eine starke Rechenkapazität am Rande benötigen, um die digitale Autonomie Europas in künftigen IKT-Systemen zu unterstützen. Dies wird durch die Schaffung eines Rechenkontinuums – von Schwärmen weit entfernter Geräte bis hin zur Cloud – erreicht und beinhaltet den Aufbau intelligenter Plattformen, die von wichtigen europäischen Akteuren vorangetrieben werden.

Europas IoT-Strategie

Als Ausgangspunkt für Diskussionen über eine IoT-Strategie der nächsten Generation führte das Projekt Next Generation Internet of Things (NGIoT) im September 2020 einen Workshop zum Thema Cloud-to-Edge-to-IoT durch, der sich mit den technologischen Herausforderungen und den Auswirkungen auf den Wettbewerb für europäische Interessenträger angesichts ihrer Rolle in einer Datenwirtschaft befasste.

Im März 2021 mobilisierte der Fireside Chat-Workshop der Kommission eine kleine Anzahl von sachverständigen Interessenträgern aus Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Landwirtschaft, Automobilindustrie, Baumaschinen, Haus- und Industrieautomatisierung mit dem Ziel, eine europäische Strategie für das künftige IoT und Edge Computing mit einem Marktfenster von mehr als fünf Jahren zu entwickeln.

Selbst zwischen Wettbewerbern wurde ein allgemeiner Konsens über die Notwendigkeit vertrauenswürdiger IoT- und Edge-Computing-Plattformen und Orchestrierungsmechanismen zur Unterstützung der nächsten Stufe der Digitalisierung erzielt. Industrieakteure begrüßten die Initiative der Kommission, im Rahmen von „Horizont Europa“ FuA-Unterstützung zu leisten und die gemeinsamen Unternehmen in Bezug auf digitale Schlüsseltechnologien sowie intelligente Netze und Dienste zu überbrücken; die Partnerschaft in den Bereichen KI, Daten und Robotik; und adoptionsorientierte Initiativen zu sektoralen Datenräumen und Cloud-Edge-Föderationen.

Im April 2021 versammelten sich im Anschluss an den Fireside Chat, das NGIoT & Edge Computing Strategy Forum, das von der Kommission gemeinsam mit dem EU-IoT-Projekt organisiert wurde, Technologieexperten aus verschiedenen digitalen und vertikalen Bereichen, um sich über die bevorstehenden Prioritäten, Herausforderungen und Chancen auszutauschen.

Das Forum legte auch eine gemeinsame strategische Vision für das IoT der nächsten Generation und (Fern-)Edge Computing in Europa fest. Er begrüßte über 30 Redner und 300 Teilnehmer in 14 Plenarsitzungen zu Systemökosystemen und -allianzen, Integrationsplattformen, Vertrauenswürdigkeit und visionären Konzepten und löste während der gesamten Veranstaltung aufschlussreiche Diskussionen aus.

EU-Förderprogramme

Horizont Europa: Nach dem Erfolg von „Horizont 2020“ wird „Horizont Europa“ im Rahmen seiner Aufforderungen zur Einreichung von Vorschlägen für „weltweit führende Daten- und Datenverarbeitungstechnologien: "Von der Cloud über Edge bis zum IoT für europäische Daten" unterstützt den Trend zum Edge bei der Entwicklung und Bereitstellung von Computing-Komponenten, -Systemen und -Plattformen der nächsten Generation. Dies wird den Übergang zu einem Rechenkontinuum mit starken Kapazitäten am äußersten Rand auf energieeffiziente und vertrauenswürdige Weise ermöglichen.

Im Rahmen des Clusters 4 „Ziel 3“ von Horizont Europa wählte die Kommission eine Gruppe von Projekten zur nächsten Generation von Meta-Betriebssystemen aus, um einen Mehrwert für wichtige industrielle und gesellschaftliche Anwendungen wie Gebäude, Automobil, Landwirtschaft und Energie zu schaffen, für die in den kommenden Jahren mehr Rechenleistung am Rande erforderlich sein wird. Die Bereitstellung von EU-Mitteln in Höhe von 64 Mio. EUR und mit dem Ziel, ein europäisches IoT- und Edge-Ökosystem aufzubauen, werden sechs Forschungs-und Innovationsmaßnahmen – ICOS, FluiDOS , NEMO,NebulOus, aeROS und NEPHELE – sowie drei Koordinierungs- und Unterstützungsmaßnahmen – OpenContinuum, Unlock-CEI und HiPEAC– die Entstehung eines solchen offenen Ökosystems unterstützen, indem offene Aufrufe auf dem neuen Webportaleucloudedgeiot.euveröffentlicht werden, die sich insbesondere an Midcap-Unternehmen, KMU und Start-ups richten. Das Cluster wurde während derSitzung „Künftigeeuropäische Plattformen für das IoT und die Edge“auf derIoT-Wocheim Juni 2022 in Dublin angekündigt und wird am 1. September mit dem Start von Unlock-CEI und HiPEAC am 1. Juni bzw. 1. Dezember starten.

In anderen Bereichen des Programms wie Cluster 2: Kultur, Kreativität und integrative Gesellschaft, IoT wird als entscheidender Faktor für die Verwirklichung der Ziele der Vereinten Nationen für nachhaltige Entwicklung und der Ziele des europäischen Grünen Deals betrachtet. Beispielsweise bietet die industrielle Digitalisierung Möglichkeiten zur Fernüberwachung der Luft- und Wasserverschmutzung, zur Optimierung der Nutzung von Energie und natürlichen Ressourcen und zur Durchführung verantwortungsvoller Tätigkeiten in den oben genannten vertikalen Sektoren.

Digitales Europa: Zusätzlich zu Horizont Europa wird das Programm „Digitales Europa“ (DIGITAL) der Kommission Daten und Cloud-Dienste für Unternehmen, Bürger und öffentliche Verwaltungen in der EU bereitstellen, um einen gemeinsamen europäischen Datenraumin verschiedenen vertikalen Sektoren wie Landwirtschaft, Mobilität und Energie einzurichten, der durch eine vertrauenswürdige, energieeffiziente Cloud-Infrastruktur ergänzt wird. Im April 2021 veröffentlichte das Open DEI-Projekt ein Positionspapier, in dem die Bedeutung solcher Datenräume für die Schaffung einer künftigen Datenwirtschaft durch den souveränen Austausch von Daten nicht nur innerhalb der Sektoren, sondern auch zwischen ihnen hervorgehoben wurde.

DIGITAL wird auch bestehende KI-Test- und -Experimentiereinrichtungen in Bereichen wie Gesundheitsversorgung und Mobilität stärken und europäische digitale Innovationszentren subventionieren, um die Digitalisierung von KMU voranzutreiben und europäischen Unternehmen zu helfen, im digitalen Zeitalter wettbewerbsfähiger zu werden.

Diese neuen Initiativen bauen auf den Erfolgen von Horizont 2020 auf. Der Bereich Digitalisierung der europäischen Industrie (DEI) priorisiert den Aufbau von Ökosystemen, die Interoperabilität von Plattformen, die Technologieintegration, Standardisierung und Validierung durch groß angelegte Pilotprojekte und TEF. Es konzentriert sich auf die folgenden Schlüsselsektoren: Landwirtschaft, Energie, Fertigung, Mobilität, Gesundheitswesen und intelligente Gemeinschaften.

Die EU unterstützt die Entwicklung industrieller IoT-Plattformen, die für die Integration wichtiger digitaler Technologien in reale Anwendungen, Prozesse, Produkte und Dienstleistungen von wesentlicher Bedeutung sind. Ergänzend zu verschiedenen politischen Initiativen stellte die Kommission im Rahmen ihres Programms Horizont 2020 rund 400 Mio. EUR für Bemühungen um den Aufbau von Plattformen und groß angelegte Pilotprojekte im DEI-Schwerpunktbereich zur Verfügung. Einige dieser Projekte sind bereits abgeschlossen oder stehen kurz vor dem Abschluss, während andere gerade erst anlaufen und 2023 fortgesetzt werden.

Domainübergreifende Zusammenarbeit

Die Alliance for IoT and Edge Computing Innovation (AIOTI) wurde von der Kommission ins Leben gerufen, um die Schaffung eines europäischen industrieorientierten IoT-Ökosystems zu unterstützen. Um dieses Ökosystem besser zu verstehen, untersuchte eine Studie im Juni 2019 die Landschaft physischer und virtueller Cluster von Unternehmen, Forschungsorganisationen und Hochschulen, die an der Entwicklung und Markteinführung von IoT-Technologien und -Anwendungen arbeiten.

Die Advanced Research & Technology for Embedded Intelligent Systems Industry Association (ARTEMIS-IA) vertritt Mitglieder der europäischen Industrie, KMU, Universitäten und Forschungsinstitute im Joint Undertaking Electronic Components & Systems for European Leadership (ECSEL-JU). ARTEMIS-IA fördert die Forschungs- und Innovationsinteressen seiner Mitglieder gegenüber der Kommission sowie gegenüber den Regierungen der teilnehmenden Mitgliedstaaten.