M2M-Kommunikation:
So funktioniert der Datenaustausch zwischen Maschinen

Das Grundprinzip der M2M-Kommunikation ist schnell erklärt: Daten werden automatisch von einem Gerät oder einer Maschine erfasst, über ein Netzwerk übertragen und in einem empfangenden System weiterverarbeitet. Damit dieser Ablauf zuverlässig funktioniert, greifen in der Regel drei Elemente ineinander: ein datenlieferndes Gerät oder System, ein Kommunikationsnetz und ein empfangendes beziehungsweise verarbeitendes System.

Der Datenendpunkt ist das Gerät, die Maschine, der Sensor oder die Steuerung, an dem Daten entstehen oder erfasst werden. Das können zum Beispiel Temperaturwerte, Füllstände, Standortdaten, Verbrauchswerte, Betriebszustände oder Fehlermeldungen sein. Der DEP ist damit der Ausgangspunkt der Kommunikation: Er sammelt relevante Informationen aus dem laufenden Betrieb und bereitet sie für die Übertragung vor.

Je nach Anwendung sendet ein Datenendpunkt seine Informationen in festen Intervallen, bei bestimmten Ereignissen oder beim Erreichen definierter Schwellenwerte. In der Praxis kann das zum Beispiel ein Zähler sein, der Verbrauchsdaten übermittelt, ein Verkaufsautomat, der seinen Bestand meldet, oder eine Maschine, die eine Störung an ein zentrales System sendet. Auf diese Weise werden physische Geräte zu aktiven Bestandteilen eines vernetzten Systems.

Damit die erfassten Daten ihr Ziel erreichen, braucht es ein passendes Kommunikationsnetz. Dieses wird auch als M2M-Communication-Network (MCN) bezeichnet. Welche Technologie dabei konkret zum Einsatz kommt, hängt in der Praxis vor allem von Reichweite, Energieverbrauch, Datenrate, Latenz und Umgebung ab. Je nach Anwendung eignen sich unterschiedliche Übertragungswege:

• Mobilfunknetze: Dazu zählen zum Beispiel GSM, 3G, 4G und 5G sowie NB-IoT und LTE-M. Sie sind vor allem dann relevant, wenn Geräte mobil sind oder an verteilten Standorten ohne eigene Netzwerkinfrastruktur betrieben werden. In solchen Fällen kommen häufig M2M-SIM-Karten zum Einsatz.
• WLAN / Wi-Fi: Diese Technologie eignet sich vor allem dort, wo Geräte innerhalb bestehender lokaler Netzwerke kommunizieren sollen, etwa in Gebäuden, Produktionsstätten oder Lagern.
• Nahbereichstechnologien: Dazu zählen etwa Bluetooth und NFC. Bluetooth eignet sich für die drahtlose Kommunikation zwischen Geräten über kurze Distanzen. NFC wird vor allem für kontaktlose Identifikation, Authentifizierung und das Auslösen lokaler Prozesse genutzt.
• Ethernet oder DSL: Kabelgebundene Verbindungen spielen vor allem dann eine Rolle, wenn eine stabile und dauerhaft verfügbare Anbindung erforderlich ist, zum Beispiel bei stationären Maschinen oder Anlagen.
• LPWAN: Für Anwendungen mit geringer Datenrate, großer Reichweite und niedrigem Energieverbrauch eignen sich auch LPWAN-Ansätze wie zum Beispiel LoRaWAN. Sie sind besonders interessant für Sensorik, Messstellen und verteilte Infrastruktur.

In Produktionsumgebungen industrieller Anbindungen werden außerdem häufig Protokolle und Architekturen wie OPC UA, MQTT und Edge-Gateways eingesetzt. Sie sorgen dafür, dass Maschinen- und Sensordaten zuverlässig erfasst, vorverarbeitet und in übergeordnete Systeme oder Plattformen übertragen werden. In Smart-Factory- und IIoT-Architekturen kommen häufig MQTT-Broker, ein Unified Namespace und die Anbindung legacy-fähiger Geräte zum Einsatz. Das geht jedoch über die klassische Punkt-zu-Punkt-Verbindung der M2M-Kommunikation hinaus. Denn die Daten werden dabei nicht direkt an eine feste Gegenstelle übertragen, sondern in einem gemeinsamen Datenraum bereitgestellt.“

Der Datenintegrationspunkt ist die Empfangsstelle, an der die übertragenen Informationen zusammenlaufen. Sie fungiert als Knoten zwischen einzelnen Datenendpunkten und ermöglicht den gezielten Datenaustausch. Diese Punkt-zu-Punkt-Verbindung kann entweder direkt zwischen zwei DEPs oder zwischen einem DEP und einem DIP bestehen.

Auf diese Weise gelangen die erfassten Informationen gezielt an die Stelle, an der sie benötigt werden. Im nächsten Schritt können Unternehmen die Daten speichern, auswerten oder mit anderen Informationen verknüpfen. So werden sie nutzbar, zum Beispiel für Monitoring, Reporting, Wartungsplanung, automatische Benachrichtigungen oder die Steuerung weiterer Prozesse.

Wie M2M-Kommunikation in der Praxis eingesetzt wird und welchen konkreten Nutzen sie dabei schafft, zeigt sich im jeweiligen Anwendungsfall. Die folgenden Beispiele geben Ihnen einen Einblick in typische Einsatzbereiche aus verschiedenen Branchen.

Ein klassischer Anwendungsfall von M2M-Kommunikation ist Smart Metering. Dabei übermitteln intelligente Strom-, Gas- oder Wasserzähler die Verbrauchsdaten automatisch, sodass eine Fernauslesung ohne manuelle Zählerstandserfassung erfolgt. Darüber hinaus ermöglicht M2M die Fernüberwachung von Pumpstationen, Trafostationen oder Heizungsanlagen, indem Störungen und auffällige Zustände direkt gemeldet werden.

Mithilfe M2M-Kommunikation melden Verkaufsautomaten ihren Warenbestand, ihre Temperaturwerte oder Störungen automatisch an ein zentrales System. So lassen sich Nachfüllung und Wartung gezielter planen. Auch Electronic Shelf Labels basieren auf automatisierter Gerätekommunikation: Preise und Produktinformationen werden zentral gesteuert und direkt auf digitale Preisschilder übertragen.

Ein typisches Beispiel ist das elektronische Fahrtenbuch. Dabei werden Fahrtdaten wie Strecke, Zeit oder Standort automatisch erfasst und an ein zentrales System übermittelt. Auch im Flottenmanagement kommt M2M zum Einsatz: Fahrzeuge melden beispielsweise selbstständig ihre Positionsdaten, ihren Kraftstoffverbrauch oder ihren technischen Zustand. Solche Systeme werden in der Praxis zur Fuhrparksteuerung, Auftragskoordination und Kostenkontrolle eingesetzt.

M2M wird im Gesundheitswesen unter anderem für EKG-Geräte, Patienten-Monitoring und die Übertragung von Vitaldaten genutzt. Blutdruckwerte, Pulsdaten oder andere Messwerte werden dabei direkt von einem Gerät an ein empfangendes System übermittelt. So lassen sich Gesundheitsdaten ohne manuelle Zwischenschritte erfassen und weitergeben. Das ist vor allem in der Telemedizin, in der Pflege zuhause und bei der Fernüberwachung chronisch kranker Patienten relevant.

In der Industrie 4.0 ist M2M-Kommunikation eine wichtige technische Grundlage dafür, dass Maschinen, Anlagen und Sensoren automatisch Daten austauschen. Erst dadurch werden Anwendungen wie Predictive Maintenance, Condition Monitoring oder eine vernetzte Produktion im Sinne von Smart Manufacturing möglich.

Die genannten Schutzmaßnahmen sollten Sie bei der M2M-Kommunikation nicht isoliert betrachten. Anerkannte Standards und Leitlinien helfen Ihnen dabei, Geräte, Kommunikationswege und Systemarchitekturen sicher zu gestalten.