Die Gewinne und Verluste des IoT-Ökosystem-Layouts globaler Industriegiganten im Jahr 2015 aus der Perspektive von Patenten

Goldman Sachs definiert das Internet der Dinge als die dritte Internetrevolution: Durch Milliarden vernetzter Geräte wird das Internet der Dinge der Welt viele neue Geschäftsmöglichkeiten und Herausforderungen bringen. McKinsey schätzt, dass der IoT-Markt bis 2025 ein Volumen von 6 Billionen US-Dollar erreichen wird. Laut Research and Markets (einem Marktforschungsinstitut mit Hauptsitz in Irland) gibt es weltweit über 2.000 Unternehmen, die in IoT-bezogenen Geschäftsbereichen tätig sind. Einige von ihnen verkaufen IoT-Produkte direkt, andere spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der IoT-Technologie und wieder andere schaffen neue IoT-Geschäftsmodelle.

Ein Business-Ökosystem besteht aus einer Gruppe von Geschäftseinheiten in einem Wettbewerbs- oder Kooperationsverhältnis, die gemeinsam durch Innovationen eine neue Wertschöpfungskette aufbauen und so einen neuen Markt schaffen. Der Anwendungsbereich des IoT ist äußerst breit und umfasst Smart Homes, vernetzte Autos, Online-Gesundheitsversorgung und gewerbliche/industrielle Anwendungen. Daher decken viele IoT-Hersteller zahlreiche Branchen ab, von Halbleitern, Unterhaltungselektronik, Informationstechnologie, Kommunikation, Gesundheitswesen, medizinischer Ausrüstung, Einzelhandel, Industrieelektronik und Fertigung bis hin zum Transport, und alle können am Aufbau des IoT-Ökosystems teilnehmen.

Zu den wichtigen Akteuren im IoT-Ökosystem zählen laut Statistiken zu Patentanmeldungen Samsung Electronics, Google, Toyota, Ford, General Motors, Philips, General Electric, IBM, Cisco und Ericsson.

Samsung ist der Protagonist auf dem Smart-Home-Markt. Samsung gehört zu den führenden Unternehmen im Bereich Smart Home, was die Anzahl der Patentanmeldungen angeht. Über 70 Hersteller weltweit haben über 400 Patente im Bereich Smart Home angemeldet, wobei Samsung fast 15 % dieser Patente einnimmt. Die Patente von Samsung in diesem Bereich konzentrieren sich stark auf die Bereiche Heimautomatisierung und Sicherheitsanwendungen, um das Geschäft „Samsung SmartThings“ zu unterstützen. Samsung IoT ist das erste vollständig integrierte Smart-Home-System, das Heimautomatisierungs- und Sicherheitsdienste bietet, um den Alltag der Menschen einfacher, komfortabler und sicherer zu machen. Vor kurzem hat Samsung auch zahlreiche Patente für das Energiemanagement im Haushalt und für intelligente Beleuchtung angemeldet, was ein Vorspiel für Samsungs anhaltende Führungsrolle auf dem Smart-Home-Markt im Jahr 2016 ist.

Beispielsweise beschreibt das Patent mit der Nummer US20150330652 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Temperaturregelung für ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystem (HLK), mit dem effektiv Energie gespart werden kann. Bei dieser Methode wird die Temperatur geregelt, indem festgestellt wird, ob sich jemand in einem bestimmten Raum befindet. Wenn sich in einem bestimmten Bereich niemand aufhält, bestimmt das Temperatursteuergerät anhand der Wahrscheinlichkeitsverteilungsdaten des unbemannten Zeitraums, ob die Klimaanlage in diesem Bereich gestartet werden soll. Wenn erkannt wird, dass jemand diesen Bereich betreten hat, ermittelt das Temperatursteuergerät anhand der voreingestellten Daten die vom Benutzer gewünschte Temperatur, berechnet dann die Absenktemperatur und passt die Temperatur anhand der Absenktemperatur an.

Ein weiterer Protagonist im Smart-Home-Bereich ist Google (einschließlich Nest Labs). Ähnlich wie bei Samsung beträgt die Zahl der von Google in diesem Bereich angemeldeten Patente fast 15 %. Die Patente von Google konzentrieren sich auf Energie- und Gerätemanagement und viele der jüngsten Patentanmeldungen des Unternehmens konzentrieren sich auf Sicherheitsüberwachung (wie Katastrophenüberwachung, Altenpflege usw.) und Sicherheit zu Hause. Beispielsweise beschreibt das Patent mit der Nummer US20150120598 ein diebstahlsicheres Paketzustellungssystem, das Expresspakete von Kurierdiensten entgegennimmt und die Pakete dann an einem sicheren Ort aufbewahrt, dem sowohl die Kurierdienste als auch die Systembenutzer vertrauen können. (Anmerkung der Redaktion: Worin besteht der Unterschied zur Entgegennahme von Expresslieferungen bei der Hausverwaltung in unserem Wohngebiet?)

Google verfügt außerdem über zahlreiche Patente im Bereich biomedizinischer Sensorgeräte zur Gesundheitsüberwachung. Biomedizinische Sensorgeräte zur Gesundheitsüberwachung können den Blutzucker, die Herzfrequenz, den Blutdruck und andere Werte einer Person in Echtzeit überwachen. Solche Geräte ermöglichen medizinische Ferndienste.

Beispielsweise beschreibt das Patent mit der Nummer US20150164321 ein Gerät, das auf der Oberfläche des Augapfels platziert wird und den Augeninnendruck messen kann. Das Gerät verwendet ein transparentes, konkaves Polymermaterial, das auf die Oberfläche der Hornhaut gelegt werden kann. Das Polymermaterial enthält eine Antenne, ein dehnbares Element, einen Sensor und dessen Steuerkomponenten. Wenn das Gerät auf die Oberfläche der Hornhaut gelegt wird, dehnt es sich aus und übt Druck auf die Hornhautoberfläche aus. Der Sensor erfasst die durch die Hornhautverformung erzeugte Reaktionskraft durch Messung von Widerstandsänderungen. Durch Messen der Widerstandsänderung, die durch die Hornhautverformung verursacht wird (sehr leichte Verformung, die sich nach dem Entfernen des Geräts erholen sollte), können Daten zum Augeninnendruck gewonnen werden.

Toyota, Ford und General Motors sind die drei größten Akteure im Bereich vernetzter Autos. Die von diesen drei Unternehmen angemeldeten Patente für den IoT-Automobilbereich decken Anwendungsbereiche wie Sicherheit/Kollisionsvermeidung, intelligente Navigation, intelligente Fahrassistenz, Audio- und Videounterhaltung sowie autonomes Fahren ab. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Forschung zu vernetzten Fahrzeugen in der Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation (V2V) und der Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation (V2I).

Toyota hat beispielsweise im Patent mit der Nummer US2014005906 ein System beschrieben, das den Fahrer beim Fahren auf Grundlage der vorhergesagten Position des Fahrzeugs und der Bewegungsbahn des vorausfahrenden Fahrzeugs unterstützt. Die Dynamik des vorausfahrenden Fahrzeugs wird durch die Kommunikation zwischen den Fahrzeugen erfasst. Das System kann die Unannehmlichkeiten des Fahrers bei starkem Stau erheblich lindern. Das Patent mit der Nummer US9031779 schlägt ein intelligentes Navigationssystem mit Kollisionsvermeidungsfunktion vor, das das Fahrzeugnetzwerk nutzt, um mit anderen Geräten zusammenzuarbeiten und dem Auto dabei zu helfen, mit Gefahren, Störungen, Hindernissen, Defekten und anderen ungewöhnlichen Bedingungen in jeder Umgebung umzugehen. Das System erkennt Gefahren und Hindernisse im Fahrumfeld automatisch, klassifiziert und verarbeitet sie entsprechend den Echtzeitbedingungen und schließt schließlich die Routenplanung ab. Durch eine automatische Routenplanung können die durch diese Gefahrensituationen entstehenden Zeit- und Kostenverluste vermieden werden.

Ein weiteres Beispiel ist das Patent mit der Nummer US20150149088, in dem die Ford Motor Company ein autonomes Kollisionsvermeidungssystem vorschlug. Das System ermöglicht selbstfahrenden Autos, Hindernisse vorherzusagen, die auf ihrer Route auftreten können. Wenn das System feststellt, dass es zu einer Kollision kommen wird, ändert es die Route des Fahrzeugs, um einen Unfall zu vermeiden.

Philips ist führend bei IoT-Anwendungen im Gesundheitswesen. Philips und Amazon haben eine neue Online-Gesundheitsplattform angekündigt. Die Online-Gesundheitsplattform basiert auf der Cloud-basierten HealthSuite-Plattform von Philips und der Internet of Things-Plattform des Cloud-Dienstes (Amazon Web Services, AWS) von Amazon. Zu den Patenten von Philips zählen Anwendungen wie IT-Systeme im Gesundheitswesen, Telemedizin, menschliche Sensornetzwerke sowie präventive und prädiktive Gesundheitsfürsorge.

Beispielsweise beschreibt das Patent mit der Nummer US8884754 ein Verfahren zum Erfassen wichtiger Parameter eines Patienten über ein menschliches Körpersensornetzwerk, das die Kommunikationsgeschwindigkeit zwischen dem menschlichen Körpersensornetzwerk und einem kontaktlosen Gerät zur Überwachung des menschlichen Körpers verbessert. Philips verfügt außerdem über zahlreiche Patente im Bereich intelligente Beleuchtung.

General Electric ist ein weiterer Marktführer im Bereich der IoT-Anwendungen im Gesundheitswesen (Anmerkung des Herausgebers: Es gibt so viele Marktführer und Protagonisten …). Auch General Electric hat bei der Monetarisierung des industriellen Internets der Dinge große Erfolge erzielt. Laut dem Industrial Internet Insights Research Report von General Electric und Accenture wird das industrielle Internet, das das Internet der Dinge mit Big Data-Analysen kombiniert, enorme Geschäftsmöglichkeiten in vielen Bereichen schaffen, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt, der Öl- und Gasindustrie, dem Transportwesen, der Energie- und Elektrizitätswirtschaft, der Verarbeitung und Fertigung, der medizinischen Versorgung und dem Bergbau.

Beispielsweise schlägt das Patent US20150040051 ein industrielles Überwachungssystem vor, das verschiedene mechanische Geräte und Systeme überwachen kann. Das Patent US20150032464 beschreibt ein automatisches Diagnose- und Behandlungssystem, das den Zustand des Patienten anhand der von den vom Patienten getragenen Sensoren und seiner Krankengeschichte erhaltenen Informationen analysieren und individuelle Behandlungspläne bereitstellen kann. General Electric hält außerdem zahlreiche Patente im Bereich intelligente Beleuchtung.

IBM ist führend in der IoT-Datenanalyse. IBM plant, in den nächsten vier Jahren mehr als 3 Milliarden US-Dollar in die Entwicklung seines Internet of Things-Geschäfts zu investieren. Bei der prädiktiven Analyse geht es darum, auf der Grundlage aktueller und historischer Daten auf Entwicklungstrends zu schließen. Prädiktive Analysen können auf zahlreiche IoT-Anwendungsszenarien angewendet werden, beispielsweise auf die Echtzeitverwaltung von Vermögenswerten und die Vorhersage des Wartungsstatus von Industrieanlagen.

Beispielsweise beschreibt das Patent US20140236650 eine kostensparende End-to-End-Methode zur Anlagenverwaltung, die Kosteneinsparungen durch die Analyse von Anlagenverwaltungsprozessen und die Verbesserung von Wartungsvorgängen (z. B. Planung, Prävention, Wartung und Kontrolle der Betriebsparameter) erzielt.

Da die von Sensoren erfassten Daten immer umfangreicher werden, wird die Analyse großer IoT-Daten immer wichtiger. Das Patent US20150134704 schlägt ein Verfahren zur Echtzeitverarbeitung großer Mengen loser Daten vor.

Cisco ist führend im Bereich Netzwerkkonnektivität für das IoT-Ökosystem. Kürzlich gaben Cisco und Ericsson eine strategische Partnerschaft bekannt, um gemeinsam die Zukunft der Netzwerktechnologie zu gestalten. Im Hinblick auf Netzwerkverbindungsanwendungen im Internet der Dinge hat Cisco über 100 Patente angemeldet, die sich hauptsächlich auf intelligentes automatisches Internet der Dinge für maschinelles Lernen (ML, Herausgeber: Oh), prädiktive Analyse von Internet der Dinge-Netzwerken, deterministische Vernetzung für Smart Grids und Fog Computing (im Vergleich zu Cloud Computing ist die Rechenleistung von Fog Computing stärker auf die Terminals verteilt. Terminals und Unterknoten verfügen über mehr Rechen-, Speicher-, Kommunikations- und Konfigurationsfunktionen, wodurch die Rechenlast von Cloud Computing-Rechenzentren reduziert wird. Anmerkung des Herausgebers: Als ich es auf den ersten Blick sah, wurde es direkt in Haze Computing übersetzt ...).

Beispielsweise beschreibt das Patent US20150195216 eine Methode, bei der maschinelles Lernen zum Vorhersagen des Kanalverhaltens verwendet wird. Anschließend kann das Multi-Hopping-Netzwerksystem basierend auf den Vorhersageergebnissen eine geeignete Übertragungsstrategie auswählen.

Das Patent US20150333992 schlägt eine Anwendung prädiktiver Analysen zur Verwaltung von Netzwerkeinrichtungen des Internets der Dinge vor.

Milliarden vernetzter Geräte, die mit dem Internet der Dinge verbunden sind, erzeugen astronomische Datenmengen, die verarbeitet werden müssen, was die Rechenressourcen der für das Cloud-Computing zuständigen Back-End-IT-Systeme leicht erschöpfen kann. Der Einsatz von Fog Computing (oder Edge Computing), um es mehreren intelligenten IoT-Terminalgeräten zu ermöglichen, die Rechenlast zu teilen, wird diese Situation erheblich entschärfen. Das Patent US20150261876 beschreibt eine Netzwerkumgebung, die mehrere Fog-Computing-Geräte umfasst, von denen jedes über eine unabhängige Netzwerkverbindung verfügt.

Cisco ist außerdem führend im Bereich Netzwerkkonnektivität für das IoT-Ökosystem (Anmerkung des Herausgebers: Glücklicherweise haben Kühe zwei Ohren). Machine to Machine ( M2M ) bezeichnet die Kommunikation zwischen zwei Maschinen (kabelgebundene Kommunikation, drahtlose Kommunikation oder beides) ohne menschliches Eingreifen. Ericsson entwickelt ein nahtloses Maschine-zu-Maschine- Kommunikationsnetzwerk mit Hochgeschwindigkeitsmobilität und geringer Latenz.

Beispielsweise schlägt das Patent US20150319771 eine Methode für eine kostengünstige Maschine-zu-Maschine-Kommunikation unter Verwendung von IoT-Geräten vor. Dieses Verfahren nutzt moderne Mobilfunk-Kommunikationsstandards, hat aber einen sehr geringen Stromverbrauch. Das Patent US20150078327 beschreibt eine Methode zur Optimierung des Stromverbrauchs für die Übertragungsplanung, die auf Geräten zur Kommunikation zwischen Maschinen verwendet werden kann, die durch Energiegewinnung betrieben werden. Das Patent US20150249901 schlägt eine Architektur zur Ermöglichung von Kommunikationsdiensten zwischen Maschinen über Mobilfunknetze vor.

Ericsson entwickelt außerdem die IPv6-Technologie für drahtlose Personal Area Networks (6LoWPAN) mit geringem Stromverbrauch. 6LoWPAN ist eine Reihe von Standards, die von der Internet Engineering Task Force (IETF) entwickelt wurden. Durch das Hinzufügen einer Anpassungsschicht und die Optimierung zugehöriger Protokolle eignet sich IPv6 besser für drahtlose Netzwerkumgebungen mit geringem Stromverbrauch und niedriger Datenrate, die aus einfachen eingebetteten Geräten bestehen. Das ultimative Ziel besteht darin, das 802.15.4-Protokoll zum Senden und Empfangen von IPv6-Datenpaketen zu verwenden. Tread, der von Google eingeführte IoT-Verbindungsstandard, verwendet die 6LoWPAN-Technologie zum Verbinden von Smart-Home-Geräten. Bei HF-Geräten mit 6LoWPAN-Technologie muss normalerweise ein Gleichgewicht zwischen Speicherplatz/Rechenleistung, Stromverbrauch und HF-Übertragungsdistanz gefunden werden.

Für IoT-Geräte mit geringem Stromverbrauch ist die Unterstützung von 6LoWPAN-Funktionen eine große Herausforderung, und die Implementierung erweiterter IPv6-Protokolle wird eine noch größere Herausforderung sein. Das Patent von Ericsson mit der Nummer US20150245332 beschreibt ein solches System, das ein Netzwerk aufbaut, das das 6LoWPAN-Protokoll unterstützt. IoT-Geräte mit geringem Stromverbrauch und 6LoWPAN-Funktionen können im 6LoWPAN-Format kommunizieren.