M2M-Kom­mu­ni­ka­ti­on (M2M): De­fi­ni­ti­on, Ei­gen­schaf­ten und Vorteile

Machine-to-Machine- oder kurz auch M2M-Kom­mu­ni­ka­ti­on be­schreibt den au­to­ma­ti­sier­ten In­for­ma­ti­ons­aus­tausch zwischen End­ge­rä­ten ohne manuelles, mensch­li­ches Ein­grei­fen. Derartige Machine-to-Machine-Tech­no­lo­gie findet in ver­schie­de­nen Bereichen Anwendung, von der Über­wa­chung, -kontrolle oder -steuerung von Maschinen und Automaten bis hin zur In­de­xie­rung von Websites durch Such­ma­schi­nen.

Die in­tel­li­gen­ten Maschinen können dabei ohne mensch­li­che Steuerung In­for­ma­tio­nen aus­tau­schen oder sogar Hand­lun­gen ko­or­di­nie­ren und ausführen. Lernen Sie in diesem Artikel die Grund­la­gen der M2M-Kom­mu­ni­ka­ti­on: Wie genau sie ent­stan­den ist, wie sie funk­tio­niert und wann und wo sie zum Einsatz kommt. Erfahren Sie, welche Vorteile dieser Tech­no­lo­gie für Ihr eigenes Un­ter­neh­men bietet.

Machine-to-Machine ist ein breit gefasster Begriff, De­fi­ni­tio­nen von M2M kon­zen­trie­ren sich meist auf Teil­aspek­te und ver­nach­läs­si­gen dabei häufig andere ent­schei­den­de Punkte.

Die Bun­des­netz­agen­tur definiert Machine-to-Machine-Kom­mu­ni­ka­ti­on fol­gen­der­ma­ßen:

Auch wenn Menschen in der Regel nicht ein­grei­fen, schließt die Bun­des­netz­agen­tur in ihrer De­fi­ni­ti­on eine begrenzte mensch­li­che Be­tei­li­gung nicht aus.

Andere De­fi­ni­tio­nen von M2M kon­zen­trie­ren sich auf die tech­ni­schen Aspekte und die Funk­ti­ons­wei­se der Kom­mu­ni­ka­ti­on. Machine-to-Machine be­schreibt demnach ein Gerät, das ein Ereignis fest­stellt und es über ein Netzwerk an eine Anwendung wei­ter­gibt. Diese Anwendung dient dazu, das über­mit­tel­te Ereignis in eine ver­ständ­li­che In­for­ma­ti­on zu über­set­zen.

Der In­for­ma­ti­ons­aus­tausch zwischen Maschinen kam schon Anfang des 20. Jahr­hun­derts zum Einsatz. Damals übertrug man die In­for­ma­tio­nen jedoch noch aus­schließ­lich über ver­ka­bel­te Ver­bin­dun­gen. Ende der 1920er-Jahre ent­wi­ckel­te sich die Te­le­me­trie, die die Über­tra­gung von Mess­wer­ten von einem Sensor zu einer räumlich ge­trenn­ten Da­ten­ver­ar­bei­tungs­an­la­ge mithilfe von Ra­dio­wel­len er­mög­lich­te. Die tech­ni­schen Ent­wick­lun­gen von Te­le­gra­fie, Telefonie, Funk und Fernsehen in den folgenden Jahren in­spi­rier­ten den Ma­the­ma­ti­ker Claude Shannon, sein ma­the­ma­ti­sches Modell der In­for­ma­ti­on aus­zu­ar­bei­ten. Er verfolgte das Ziel, Hin­ter­grund­lärm zu re­du­zie­ren, und legte dabei den Grund­stein für klarere Da­ten­über­tra­gung und die Wei­ter­ent­wick­lung von Machine-to-Machine-Kom­mu­ni­ka­ti­on.

In der zweiten Hälfte des 20. Jahr­hun­derts waren die Ent­wick­lung der An­ru­f­er­ken­nung und die au­to­ma­ti­sche Zäh­ler­ab­le­sung weitere Mei­len­stei­ne der M2M-Kom­mu­ni­ka­ti­on. Schon Ende des 20. Jahr­hun­derts, aber vor allem im 21. Jahr­hun­dert, boomte die Wei­ter­ent­wick­lung von Machine-to-Machine-Tech­no­lo­gie dank Mobilfunk und ka­bel­lo­ser In­ter­net­ver­bin­dung. Heut­zu­ta­ge begegnen wir in unserem Alltag so häufig Maschinen, die au­to­ma­tisch mit­ein­an­der kom­mu­ni­zie­ren, dass wir uns dessen gar nicht mehr bewusst sind.

Haupt­zweck der Machine-to-Machine-Kom­mu­ni­ka­ti­on ist es, Daten zu sammeln und an ein Netzwerk zu über­tra­gen. Außerdem lassen sich durch Er­eig­nis­ab­fol­gen in der Ma­schi­nen­kom­mu­ni­ka­ti­on au­to­ma­tisch Hand­lun­gen ausführen. Damit Maschinen ihre Hand­lungs­ab­läu­fe op­ti­mie­ren, kann man zu­sätz­lich die Kunst des Machine Learnings her­an­zie­hen. Dieser Gebrauch der M2M-Tech­no­lo­gie ist eng verwandt mit künst­li­cher In­tel­li­genz und dient als Grundlage für das Internet of Things.

Um die Tech­no­lo­gie zu verstehen, ist es hilfreich, ihre grund­le­gen­den Ei­gen­schaf­ten zu kennen. Alle Machine-to-Machine-Systeme bestehen aus den drei in der Folge auf­ge­zeig­ten Haupt­kom­po­nen­ten.

Der Da­ten­end­punkt ist das System, dessen Daten zu über­mit­teln oder über­wa­chen sind. Das kann bei­spiels­wei­se ein Ver­kaufs­au­to­mat sein, der In­for­ma­tio­nen über das Inventar an eine Zentrale sendet, ein Messgerät, das Wet­ter­da­ten auf­zeich­net, oder ein me­di­zi­ni­sches Gerät, das Ge­sund­heits­da­ten von Patienten überträgt. Bei Da­ten­end­punk­ten handelt es sich um Mi­kro­rech­ner­sys­te­me, also Sender, die mit einem Emp­fangs­ge­rät verknüpft sind. Ein Netzwerk für M2M-Kom­mu­ni­ka­ti­on kann aus zahl­rei­chen Da­ten­end­punk­ten und da­zu­ge­hö­ri­gen End­ge­rä­ten bestehen. Die Da­ten­end­punk­te senden die ge­wünsch­ten In­for­ma­tio­nen ins Netzwerk, wo sie an den Da­ten­in­te­gra­ti­ons­punkt über­tra­gen werden. Außerdem können die einzelnen Da­ten­end­punk­te über das Netzwerk mit­ein­an­der kom­mu­ni­zie­ren.

Zur Über­tra­gung der Daten von einer Maschine zur anderen gibt es ver­schie­de­ne Kom­mu­ni­ka­ti­ons­net­ze. Dazu gehören zum Beispiel Mo­bil­funk­net­ze, WLAN oder ka­bel­ge­bun­de­ne In­ter­net­ver­bin­dun­gen, wie wir sie aus dem Alltag kennen. Es gibt aber auch eine Reihe anderer tech­ni­scher Mög­lich­kei­ten, Daten zu über­tra­gen, die vor allem bei An­wen­dun­gen des Internet of Things ein­ge­setzt werden:

• Die RFID-Tech­no­lo­gie (Radio frequency iden­ti­fi­ca­ti­on) dient dem kon­takt­lo­sen Da­ten­aus­tausch mithilfe elek­tro­ma­gne­ti­scher Wellen und kommt vor allem in der Logistik zum Einsatz. Zudem nutzt man RFID bei der Tier­kenn­zeich­nung und bei Be­zahl­kar­ten.
• Auf RFID basiert auch der Nah­funk­stan­dard NFC, der groß­flä­chig für kon­takt­lo­ses Bezahlen, pa­pier­lo­se Zu­tritts­kon­trol­len, Zwei-Faktor-Au­then­ti­sie­rung und vieles mehr ein­ge­setzt wird. Es gibt sogar Apps und Spiele auf dem Smart­phone, die NFC-Über­tra­gun­gen verwenden, um mit Nutzern zu kom­mu­ni­zie­ren.
• Auch Bluetooth kommt im Internet der Dinge zur Anwendung. Mithilfe dieser Tech­no­lo­gie können Sie im so­ge­nann­ten Piconetz schnell Daten über­tra­gen. Bluetooth nutzt man deshalb nicht nur, um Fotos und Videos zu senden, sondern auch im Smart Home (z. B. um Musik ab­zu­spie­len) oder in Frei­sprech­an­la­gen im Auto. In der Me­di­zin­tech­nik spielt Bluetooth außerdem bei Hör­ge­rä­ten, Prothesen oder beim Über­wa­chen des Blut­zu­ckers eine Rolle.

Die Maschine, die die In­for­ma­tio­nen empfängt, nennt man Da­ten­in­te­gra­ti­ons­punkt. Im Gegensatz zu den Da­ten­end­punk­ten kommt dieser im Netzwerk meist nur einmal vor. Es kann sich dabei um einen Server handeln, eine Zentrale, die Messwerte überwacht, oder um einen Such­ma­schi­nen­ro­bo­ter, der Daten zu einer Vielzahl von Websites sammelt.

Ein Ver­ständ­nis der tech­ni­schen Funk­ti­ons­wei­se von M2M ist vor allem dann nützlich, wenn man beruflich mit dieser Tech­no­lo­gie zu tun hat. Ihre Funk­tio­nen und An­wen­dun­gen sind so viel­sei­tig, dass sie schwer vor­stell­bar sind. Im Folgenden erfahren Sie mehr über die Ei­gen­schaf­ten und Vorteile von Machine-to-Machine-Kom­mu­ni­ka­ti­on.

Unter anderem zeichnet sich M2M-Kom­mu­ni­ka­ti­on durch einen niedrigen En­er­gie­ver­brauch aus, der die Effizienz der Systeme beim Da­ten­aus­tausch erhöht. Ein Netz­be­trei­ber kümmert sich um Ser­vice­pa­ke­te. Diese be­inhal­ten oft Über­wa­chungs­funk­tio­nen, damit die Nutzer wichtige Er­eig­nis­se im Blick behalten können. Da­ten­über­tra­gun­gen können sich im Netzwerk verzögern, falls gleich­zei­tig Daten mit höherer Priorität gesendet werden. Al­ter­na­tiv kann der Nutzer die Da­ten­über­tra­gun­gen per Timer zeitlich festlegen oder kleine Da­ten­men­gen lassen sich fort­lau­fend über­tra­gen. In der Logistik gibt es sogar die Mög­lich­keit, Maschinen nach Standort zu pro­gram­mie­ren und au­to­ma­tisch zu be­nach­rich­ti­gen oder ein­zu­schal­ten, wenn sie in einem be­stimm­ten Gebiet sind.

Das Eu­ro­päi­sche Institut für Te­le­kom­mu­ni­ka­ti­ons­nor­men (ETSI) verfolgt das Ziel, weltweite Standards für In­for­ma­ti­ons- und Kom­mu­ni­ka­ti­ons­tech­no­lo­gien zu schaffen. Es stellt folgende An­for­de­run­gen an Machine-to-Machine-Systeme:

• Ska­lier­bar­keit: Das System soll auch nach dem Hin­zu­fü­gen weiterer an­ge­schlos­se­ner Geräte effizient funk­tio­nie­ren.
• An­ony­mi­tät: Das System muss in der Lage sein, die Identität der Geräte zu verbergen.
• Pro­to­kol­le: M2M-Systeme müssen fehl­ge­schla­ge­ne In­stal­la­tio­nen, Defekte oder feh­ler­haf­te Daten auf­zeich­nen können und die Auf­zeich­nung zur späteren Einsicht auf­be­wah­ren.
• Die Prin­zi­pi­en der Machine-to-Machine-Kom­mu­ni­ka­ti­on, die der zuvor erklärten Funk­ti­ons­wei­se ent­spre­chen, sollen ein­ge­hal­ten werden.
• Über­tra­gungs­me­tho­den: Die Systeme müssen ver­schie­de­ne Über­tra­gungs­me­tho­den wie Unicast, Anycast, Multicast und Broadcast un­ter­stüt­zen und zwischen ihnen wechseln können, um die Belastung der M2M-Da­ten­über­tra­gung zu re­du­zie­ren.
• Planung der Nach­rich­ten­über­tra­gung: Das System muss in der Lage zu sein, Zeit­punk­te für die Da­ten­über­tra­gung fest­zu­le­gen und die Kom­mu­ni­ka­tio­nen je nach Priorität zu steuern oder zu verzögern.
• Auswahl des Kom­mu­ni­ka­ti­ons­wegs: Kom­mu­ni­ka­ti­ons­we­ge innerhalb des Machine-to-Machine-Systems sollten optimiert werden, basierend auf Re­ge­lun­gen zu Über­tra­gungs­feh­lern, Ver­zö­ge­run­gen und Netz­werk­kos­ten.

Neben schnel­le­ren Über­tra­gungs­we­gen und der zeit­li­chen Plan­bar­keit von Da­ten­über­tra­gun­gen bietet Machine-to-Machine-Kom­mu­ni­ka­ti­on noch weitere Vorteile. Dazu zählen die Fern­steue­rung von Geräten, ein ge­rin­ge­rer War­tungs­be­darf, das Vermeiden von Ausfällen und die damit ver­bun­de­ne Kos­ten­re­duk­ti­on. Außerdem öffnet Machine-to-Machine neue Ge­schäfts­fel­der für IT-Dienst­leis­tun­gen und er­mög­licht eine Ver­bes­se­rung des Wartungs- und Kun­den­ser­vices in bereits be­stehen­den Ge­schäfts­zwei­gen.

Ein großes Ein­satz­ge­biet von M2M-Kom­mu­ni­ka­ti­on ist die Logistik. Dort nutzt man die Tech­no­lo­gie bei­spiels­wei­se zur Fern­steue­rung. So kann ein Ver­kaufs­au­to­mat dem Vertrieb melden, dass ein Artikel knapp ist, und man kann recht­zei­tig für Nachschub sorgen. Außerdem wird M2M bei der In­ven­tar­ver­wal­tung, in Lagern und für die Über­wa­chung von Lie­fer­ket­ten ein­ge­setzt.

En­er­gie­ver­sor­ger nutzen Machine-to-Machine-Kom­mu­ni­ka­ti­on, um Zäh­ler­stän­de abzulesen und Kosten ab­zu­rech­nen. Außerdem können sie anhand von Messdaten die Funk­tio­na­li­tät aller re­le­van­ten Geräte über­wa­chen und die En­er­gie­ver­sor­gung si­cher­stel­len. Im me­di­zi­ni­schen Bereich können Ärzte anhand von M2M-Tech­no­lo­gie in Echtzeit den Herz­rhyth­mus oder andere Vi­tal­zei­chen eines Patienten be­ob­ach­ten, selbst wenn sich dieser an einem anderen Ort befindet.

Beim mobilen Bezahlen greift man auf eine Kom­bi­na­ti­on aus dem Internet of Things, künst­li­cher In­tel­li­genz und Machine Learning zurück. Immer mehr Nutzer setzen auf diese Tech­no­lo­gie und verwenden E-Wallets wie Google Wallet oder Apple Pay. Ebenso gibt es eine Vielzahl von Mög­lich­kei­ten, M2M-Kom­mu­ni­ka­ti­on im Smart Home an­zu­wen­den, um die Be­leuch­tung zu steuern, Elek­tro­ge­rä­te ein- oder aus­zu­schal­ten oder au­to­ma­tisch Ein­kaufs­lis­ten erstellen zu lassen.

On­line­mar­ke­ting ist eng mit M2M-Kom­mu­ni­ka­ti­on verbunden. Wie erwähnt ist das Crawlen von Websites durch Such­ma­schi­nen ein Beispiel für Ma­schi­nen­kom­mu­ni­ka­ti­on. Aber auch bei bezahlten Anzeigen in sozialen Netz­wer­ken oder Such­ma­schi­nen ist diese Tech­no­lo­gie wichtig: Hierbei wählen Al­go­rith­men Optionen aus einem breiten Datensatz an Mög­lich­kei­ten aus. Dabei kom­mu­ni­zie­ren sie mit Maschinen, die ihnen diese Daten liefern. Das können etwa Anzeigen sein, die Sie in Ihr Google-Ads-Konto eingeben, oder der Server, der Ihre Website hostet.

Auch wenn wir Web­ser­vices nutzen, um online ein­zu­kau­fen, Filme zu sehen oder Termine zu ver­ein­ba­ren, läuft Machine-to-Machine-Kom­mu­ni­ka­ti­on ab. Client und Server senden in solchen Prozessen fort­lau­fend Anfragen und Antworten hin und her.

Frei­be­ruf­ler oder kleine Un­ter­neh­men nutzen M2M-Kom­mu­ni­ka­ti­on in ihrem Ar­beits­all­tag meist in Form von An­wen­dungs­ser­vern. Dabei handelt es sich um einen Teil eines Client-Server-Netzwerks, über das der Un­ter­neh­mer und seine An­ge­stell­ten oder Kunden direkt auf Programme wie Microsoft Office oder Adress­ver­wal­tun­gen zugreifen. Außerdem er­mög­li­chen Ap­pli­ka­ti­ons­ser­ver Un­ter­neh­men, Trans­ak­tio­nen durch­zu­füh­ren, Daten aus­zu­tau­schen, Da­ten­ban­ken zu verwalten oder einen eigenen Webserver zu hosten.

Für all diese Funk­tio­nen gibt es spezielle Programme, die sich auf dem Server in­stal­lie­ren lassen. Auf einen Server zum Da­ten­aus­tausch können Sie übrigens ganz einfach über Ihren PC wie auf einen zu­sätz­li­chen Ordner zugreifen. Vor­aus­set­zung dafür ist, dass Sie an das Netzwerk des Servers an­ge­schlos­sen sind.