De werking van IoT uitgelegd

In deze serie artikelen bespreken we het Internet of Things (IoT). We begonnen met een definitie en gaan nu aansluitend in op de werking van IoT. Want hoe werkt IoT precies? We beschrijven het proces van data verzamelen, versturen, verwerken en gebruiken. We eindigen met een voorbeeld waarbij we al deze stappen samen laten komen.

Hoe werkt IoT – een netwerk van apparaten

Het Internet of Things, of IoT, is een term die gebruikt wordt voor het netwerk van apparaten die op het internet zijn aangesloten om gegevens te verzamelen en uit te wisselen. Het gaat hierbij dan niet om je eigen computer of telefoon waarmee je als gebruiker kunt internetten, maar om apparaten die altijd verbonden zijn met de rest van de wereld.

Miljarden aangesloten apparaten maken deel uit van het internet der dingen. De verbonden dingen van het IoT bevatten computer hardware, inclusief processoren met ingebedde programmering die hen vertellen wat ze moeten doen, sensoren die verschillende soorten metingen verzamelen en communicatie hardware die signalen kan verzenden en ontvangen. Ze kunnen onze smartphones gebruiken als hun toegang tot het internet, verbinding maken met een ander stukje hardware in onze huizen dat fungeert als een hub of rechtstreeks verbinding maakt via het internet. Ze verzenden vaak gegevens naar servers voor Cloud computing, waar het vervolgens wordt geaggregeerd en geanalyseerd. Meestal hebben we via apps of browsers toegang tot de resultaten op onze mobiele apparaten of computers.

Hoe werkt IoT – de data verzamelen en verwerken

Met een sensor verzamelen apparaten data over hun omgeving. Dat kan zo simpel zijn als een meting van de temperatuur of zo complex als een volledige video feed. Maar denk ook aan sensordata in de vorm van locatie, geluid, of vochtigheid, en verschillende metingen van machines of ons lichaam.

De apparaten lopen soms via hun eigen embedded software of firmware, maar ze kunnen voor de verwerking van gegevens ook gebruik maken van de Cloud. De gegevens die worden verzonden, worden opgeslagen en verwerkt binnen de Cloudserver, dat wil zeggen in een datacenter met behulp van data-analyse. Zodra de gegevens de Cloud bereiken, voert de software een verwerking uit. Dit kan heel eenvoudig zijn, zoals controleren of de temperatuurwaarde binnen een acceptabel bereik ligt. Of complex, zoals het gebruik van computervisie op video om objecten te identificeren (zoals indringers in je huis). Soms worden er geavanceerde algoritmen ingezet, waarmee middels machine learning geleerd kan worden het apparaat zich kan aanpassen aan verschillende stimuli en patronen. Deze verwerkte gegevens worden vervolgens gebruikt om intelligente acties uit te voeren, die de apparaten slim maken. Via een actuator beïnvloeden de apparaten de fysieke wereld. Een actuator zet een signaal om in een actie, bijvoorbeeld een beweging.

Hoe werkt IoT – de data versturen

De sensoren/apparaten kunnen op verschillende manieren op de Cloud worden aangesloten, waaronder: mobiel, Wifi, Bluetooth, LPWAN of rechtstreeks via ethernet op internet. IoT-apparaten versturen hun data voor het grootste deel draadloos, bijvoorbeeld via het mobiele netwerk.

Omdat deze apparaten geen grote commando’s door hoeven te geven, zijn deze verbindingen vaak “overkill”. Het IoT wordt gebruikt door machines en als machines met elkaar praten zijn ze daar in tegenstelling tot mensen vaak een stuk bondiger in: een korte statusupdate van een paar honderd bytes is voldoende. Er wordt daarom veel voor LPWAN (Low Power Wide Area Networks) gekozen. Kenmerken van deze netwerken zijn een dieper bereik, een laag datagebruik en een laag energieverbruik. De netwerken zijn zeer geschikt om devices te verbinden die kleine hoeveelheden data willen versturen/ontvangen en zo lang mogelijk met een batterij willen doen. De drie bekendste netwerken zijn LoRa, NB-IoT en SigFox.

Binnen het IoT heeft elk apparaat – van de kleine sensoren op je deuren en ramen tot slimme witgoedapparatuur – een eigen internetadres (IP-adres), die niet alleen alles uniek identificeerbaar maakt, maar ook toegankelijk via het internet. Als adres van het object heeft een IP-adres het voordeel dat dit goed gestandaardiseerd is, en dus goed samenwerkt met het netwerk. Door het internet der dingen neemt het aantal benodigde IP-adressen naar verwachting explosief toe. Een vereiste is immers dat elk object een eigen adres heeft. Door de nu al plaatsvindende overgang van IPv4 naar IPv6 wordt voorzien in de behoefte aan (zeer) grote aantallen IP-adressen.

Hoe werkt IoT – communicatieprotocollen

Met zoveel bedrijven die aan verschillende producten, technologieën en platforms werken, is het moeilijk om al deze apparaten met elkaar te laten communiceren. Op dit moment kunnen veel aangesloten apparaten communiceren met internet en onze smartphones, en misschien zelfs een aantal gerelateerde producten, maar de meeste kunnen niet met elkaar praten. Voor de verschillende IoT-apparaten moet je een andere app of website gebruiken. Er zijn geen universele standaarden of platforms om naadloze interactie tussen alle slimme gadgets mogelijk te maken en je in staat te stellen ze vanuit een centrale app te bedienen. Verschillende groepen werken echter wel aan het maken van standaardprotocollen en software om de interoperabiliteit van meerdere apparaten van verschillende fabrikanten te realiseren.

Hoe werkt IoT – de data gebruiken

Vervolgens wordt de informatie op de een of andere manier nuttig gemaakt voor de eindgebruiker. Slimme objecten moeten met mensen kunnen communiceren. Dit kan via een waarschuwing aan de gebruiker, bijvoorbeeld een sms wanneer de temperatuur te hoog is in de koude opslag van het bedrijf. Informatie wordt weergegeven in de vorm van grafieken of diagrammen in een gebruiksvriendelijke interface.

Sommige acties worden automatisch uitgevoerd. In plaats van te wachten tot jij de temperatuur aanpast, kan het systeem dit automatisch doen via vooraf gedefinieerde regels. En in plaats van je alleen te bellen om je te waarschuwen voor een indringer, kan het IoT-systeem ook automatisch de relevante autoriteiten informeren. Het is echter niet altijd eenrichtingsverkeer. Afhankelijk van de IoT-toepassing kan de gebruiker mogelijk ook een actie uitvoeren en het systeem beïnvloeden. De gebruiker kan bijvoorbeeld de temperatuur in de koude opslag op afstand aanpassen via een app op zijn telefoon. De aanpassingen of acties die de gebruiker maakt, worden vervolgens via het systeem in de tegenovergestelde richting verzonden: van de gebruikersinterface, naar de Cloud en terug naar de sensoren/apparaten om een of andere wijziging aan te brengen.

Hoe werkt IoT – slimme en autonome reacties

Apparaten en objecten met ingebouwde sensoren zijn verbonden met een Internet of Things-platform, dat gegevens van de verschillende apparaten integreert en analyses toepast om de meest waardevolle informatie te delen met applicaties. Deze krachtige IoT-platforms kunnen precies aangeven welke informatie nuttig is en wat veilig kan worden genegeerd. Deze informatie kan worden gebruikt om patronen te detecteren, aanbevelingen te doen en mogelijke problemen op te sporen voordat ze zich voordoen. Met het inzicht van geavanceerde analyses komt de kans om processen efficiënter te maken. Met slimme objecten en systemen kun je bepaalde taken automatiseren, met name wanneer deze repetitief, alledaags, tijdrovend of zelfs gevaarlijk zijn.

Als ik bijvoorbeeld een autoproductiebedrijf heb, zou ik misschien willen weten welke optiepakketten het populairst zijn. Met behulp van Internet of Things-technologie kan ik: middels sensoren detecteren welke gebieden in een showroom het populairst zijn en waar klanten het langst blijven hangen, de verkoopgegevens inzetten om te bepalen welke componenten het snelst worden verkocht, en deze verkoopgegevens automatisch afstemmen op aanbod, zodat populaire artikelen niet uit voorraad kunnen raken. De informatie die door aangesloten apparaten wordt opgepikt, stelt me in staat om slimme beslissingen te nemen over welke componenten moeten worden aangevuld, op basis van real-time informatie, waardoor ik tijd en geld kan besparen.

Dankzij de intrede van (big) data bestaat het IoT nu uit dingen die uit zichzelf kunnen antwoorden. Als een apparaat zegt dat zijn temperatuur 60 graden is, is er een algoritme dat zegt dat het apparaat een rood lampje moet tonen. Het steeds autonomer opererende IoT is onlosmakelijk verbonden met AI en big data: onmisbare bouwblokken om uit grote hoeveelheden data zinnige informatie en acties te kunnen formuleren.

Hoe werkt Iot – een voorbeeld

In essentie is het IoT één grote Cloud. De kleine chip in je koffiezetapparaat wordt dankzij de WiFi-verbinding net zo slim als een supercomputer. Het kan zijn “denken” namelijk in de Cloud doen. Stel je voor dat je de volgende keer dat je een grote vergelijking moet oplossen, je het brein van Stephen Hawking een paar seconden kan lenen.

Als we verder gaan met onze slimme koffiemachine, dan heeft deze alles wat je van een koffiemachine mag verwachten – een koffiepot, een filterhouder, etc. – maar daarnaast is deze ook uitgerust met computerhardware, hoogstwaarschijnlijk een kleine printplaat met een zwakke processor, een netwerkkaart en een sensor, waarmee het kan bepalen of er al koffie in de pot zit.

In dit scenario is de koffiepot het fysieke deel van het IoT. Daar komt nog de Cloud bij, waarin al deze machines met elkaar interacteren. En communicatieprotocollen, zodat je auto geen berichten naar je koffieautomaat kan sturen en andersom. Dit alles wordt beheerd via een controle-apparaat, zoals een app op je telefoon of tablet.

Dit artikel is onderdeel van een serie.

Lees meer:

Artikel 1: Wat is IoT (Internet of Things): een introductie

Artikel 3: De voordelen van IoT (Internet of Things)

Artikel 4: Toepassingen van IoT – sport, entertainment en zorg

Artikel 5: IoT-toepassingen (Internet of Things) – Smart Cities

Artikel 6: IoT toegepast in Smart Homes en Smart Buildings

Artikel 7: Smart Industry met IoT (Internet of Things)

Artikel 8: De toekomst van IoT (Internet of Things)