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.