The Internet of Things in an Enterprise Context

Stephan Haller¹, Stamatis Karnouskos², and Christoph Schroth³

1. SAP (Schweiz) AG, SAP Research CEC Zuuml;rich, Kreuzplatz 20, CH-8008 Zuuml;rich, Switzerland
2. SAP AG, SAP Research CEC Karlsruhe, Vincent-Priessnitz-Strasse 1, D-76131Karlsruhe, Germany ³ SAP (Schweiz) AG, SAP Research CEC St.Gallen, Blumenbergplatz 9, CH-9000 St.Gallen, Switzerland

{stephan.haller,stamatis.karnouskos,christoph.schroth}@sap.com

Abstract. This paper puts the Internet of Things in a wider context: How it re-lates to the Future Internet overall, and where the business value lies so that it will become interesting for enterprises to invest in it. Real-World Awareness and Business Process Decomposition are the two major paradigms regarding fu-ture business value. The major application domains where the Internet of Things will play an important role and where there are concrete business oppor-tunities are highlighted. But there are also many technical challenges that need to be addressed. These are listed and it is shown how they are tackled by exist-ing research projects with industrial participation.

Keywords: Internet of Things, Future Internet, Real-World Visibility, Business Process Decomposition, Business Value, SOA, Enterprise Services.

1 Introduction

The Internet of Things is a term that has been around for several years. It was first intro-duced by the MIT Auto-ID Center, the precursor to the current EPCglobal organisation, and at that time stood for the vision of a world where all physical objects are tagged with an RFID transponder with a globally unique ID – the EPC or electronic product code. RFID easily allows tracking the objects, and the EPC serves as a link to data which can be queried over the Internet about each individual object. Since then, the meaning of the Internet of Things has expanded. Using sensors or sensor networks, additional information about the objects or the environment that they are in can be re-corded as well. Software embedded in the objects enables data processing directly on the item, and in combination with actuators, local control loops can be implemented.

The Internet of Things is a key part of the Future Internet. Many new opportunities can be foreseen for citizens as well as for businesses and other organisations, but also for the society as a whole.

2 The Internet of Things and the Future Internet

There are currently many terms flying around when trying to characterise the future development of the Internet: In addition to the Internet of Things, there is the Internet

J. Domingue, D. Fensel, and P. Traverso (Eds.): FIS 2008, LNCS 5468, pp. 14–28, 2009.

copy; Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2009

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of Services, 3D Internet, Internet of Content, and Next-Generation Networks, just to name a few. It is important to note that these terms should not be regarded as different “Internets” that will exist in parallel, but rather as different aspects of a common Fu-ture Internet. The European Commission has understood this and is therefore taking concerted action and clustering the research projects it is funding in the 7^th Frame-work Programme into what it calls the Future Internet Assembly. Furthermore, col-laborations are on-going and likely will be intensified with similar efforts in the USA and Japan.

From an enterprise and economic perspective, the Future Internet is the basis for a web-based service economy [1]. There will be service platforms and a multitude of services available over the Internet, hence the term Internet of Services. The granular-ity of these services will be very different, ranging from high-level business services to low-level sensor services provided by the Internet of Things. The role of the Inter-net of Things is to bridge the gap between the physical world and its representation in information systems. This leads us to our definition of the Internet of Things:

“A world where physical objects are seamlessly integrated into the information network, and where the physical objects can be-come active participants in business processes. Services are available to interact with these lsquo;smart objectslsquo; over the Internet, query their state and any information associated with them, tak-ing into account security and privacy issues.”

It is noteworthy that in this definition, we donrsquo;t talk about technologies. RFID, sensor networks, embedded systems etc. are just enabling technologies, and we will see the technologies change over the years, but the main concept behind the Internet of Things will remain. Furthermore, the objects can be passive, as is the case with RFID-tagged objects, or active as in the case of machines with embedded process logic. Key is though the seamless integration into the business processes.

3 The Business Value of the Internet of Things

For the Internet of Things to become reality and not just stay at the buzz-word and concept level, investments will be needed: to solve current research challenges, to develop the necessary hard- and software, and to deploy the infrastructure required. This will only happen if there is a clear economic benefit. We see two major para-digms from which business value can be derived, which we term real-world visibility and business process decomposition. In the following, we define and explain both these terms before looking at some of the application areas that stand to profit most from the possibilities in the Internet of Things.

3.1 Real-World Visibility

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企业环境中的物联网

本文将物联网放在一个更广阔的背景下:物联网如何重新定位到未来互联网的整体，以及物联网的商业价值在哪里，从而使企业对物联网的投资变得有趣。现实世界中的意识和业务流程分解是关于未来业务价值的两种主要范式。重点介绍了物联网将发挥重要作用的主要应用领域和存在具体商机的领域。但也有许多技术挑战需要解决。列举了这些问题，并说明了如何通过现有的有工业参与的研究项目来解决这些问题。

关键词:物联网，未来互联网，真实可见性，业务流程分解，业务价值，SOA，企业服务。

物联网这个术语已经出现好几年了。它最初是由麻省理工学院自动识别中心(MIT autoid Center)介绍的，该中心是目前EPCglobal组织的前身。当时，它代表着这样一种愿景:所有实物都被贴上带有全球唯一标识(EPC或电子产品代码)的RFID应答器的标签。RFID可以方便地跟踪对象，EPC作为数据的链接，可以在Internet上查询关于每个对象的数据。从那时起，物联网的意义就扩大了。使用传感器或传感器网络，还可以重新记录有关所处对象或环境的其他信息。嵌入在对象中的软件支持直接对项目进行数据处理，并且与执行器结合，可以实现本地控制循环。

物联网是未来互联网的重要组成部分。我们可以预见到许多新的机遇，为公民，为企业和其他组织，也为整个社会。

目前有许多术语在描述互联网的未来发展时四处流传:除了物联网，还有互联网服务、3D互联网、内容互联网和下一代网络，仅举几例。值得注意的是，这些术语不应被视为平行存在的不同“互联网”，而应被视为共同未来互联网的不同方面。欧盟委员会明白这一点，因此正在采取协调一致的行动，将其资助的研究项目集中在7个国家th 框架工作程序成为它所谓的未来互联网大会。此外，合作实验室正在进行中，美国和日本的类似努力可能会得到加强。

从企业和经济的角度来看，未来的互联网是基于web的服务经济的基础。将会有服务平台和大量的服务可以通过互联网获得，因此有了“服务的互联网”这个术语。这些服务的粒度将非常不同，从高级业务服务到物联网提供的低级传感器服务。物联网的作用是弥合物质世界与其在信息系统中的表现之间的差距。这就引出了我们对物联网的定义:“一个物理对象无缝集成到信息网络的世界，在这个世界中，物理对象可以成为业务流程中的活跃参与者。”这些服务可以通过互联网与这些“智能对象”进行交互，查询它们的状态以及与它们相关的任何信息，同时考虑到安全和隐私问题。

值得注意的是，在这个定义中，我们不讨论技术。RFID、传感器网络、嵌入式系统等都是使能技术，我们将看到这些技术在未来几年发生变化，但物联网背后的主要概念仍将存在。此外，对象可以是被动的，就像带有rfid标记的对象一样，也可以是主动的，就像带有嵌入式流程逻辑的机器一样。关键是将其无缝集成到业务流程中。

要使物联网成为现实，而不仅仅停留在流行词和概念层面，需要进行投资:解决当前的研究挑战，开发必要的硬件和软件，以及部署所需的基础设施。这只有在有明显的经济效益时才会发生。我们看到可以从中获得业务价值的两个主要部分，我们称之为现实世界的可见性和业务流程分解。在接下来的文章中，我们先对这两个术语进行定义和解释，然后再来看看从物联网的各种可能性中获利最多的一些应用领域。

“真实世界的可见性”一词指的是这样一个事实，即通过使用自动识别和数据收集技术，如RFID和传感器，公司将有可能更好地了解真实世界中正在发生的事情。

它的运营状况以及它的资产和产品在供应链中的地位和位置。这就实现了Fleisch等人所说的高分辨率管理。关于业务流程的信息的准确性和及时性的提高在流程优化方面提供了竞争优势对流程获得的更深入的见解允许在操作级别更好地理解它们，并导致它们的优化。较低的数据录入成本抵消了当前所需的大量投资，使组织能够从自动录入中获益，并在很大程度上受益于持续的、接近实时的测量。优化的货架补充在这里作为一个著名的例子，“货架外”的情况是可以避免的，从而为客户提供最佳的产品可用性。类似地，车间控制也可以通过批量和设备跟踪功能进行优化，从而为MES和ERP系统提供关于制造库存的物理状态和条件的更准确的信息，从而潜在地提高生产工厂的效率和可用性。

这些示例应用程序利用对真实世界和派生数据的监视，以便更好地控制和管理处理产品和资产、环境或人员的业务流程。感官信息提高了现实世界检查的准确性，是事件驱动管理的基础。自动化感知支持一种新的、更细粒度的管理，因为它有助于控制以前无法控制的东西。通过支持跨企业轻松发现、通信和使用事件的网络架构，使用上下文业务信息丰富的事件将在所有级别上提高业务数据质量。

此外，(接近)实时分析将企业数据的使用与传入的感官信息结合起来，以发现模式并获得更及时和accu率更高的业务洞察力。可以根据cert预先配置的标准生成新的策略和预测。

如上所述，现实世界的可见性是今天RFID和传感的基本功能。收集数据并将其发送到中央应用程序，在该应用程序中处理数据并作出关于操作的决策。业务流程分解更进一步，如图1所示:将业务流程分解为流程步骤，其中一些步骤以分布式方式执行，甚至在网络边缘和物理项本身上也是如此。因此，有时使用术语边缘处理，可以处理某些业务逻辑的物理项称为智能项。

目前的企业战略已经承认了一些智能物品的接口，但是随着这些物品计算和通信能力的增强，力量转移到了网络的边缘。可以将用于数据聚合、过滤、融合和转换的智能机制部署到网络边缘，或在适当的情况下在网络内部执行。现有业务流程的分解和非标准化可以提高可伸缩性和性能，允许更好地进行决策，甚至可以通过对部署在智能项目上的软件产品进行授权管理来产生新的收入流。软件已经成为许多行业的关键创新驱动力，未来许多新的商业模式将严重依赖于[这类产品的使用。

边缘处理和业务流程分解允许应用程序以分散的方式在本地做出(部分)决策，并相应地采取行动。因此，它通过真实世界的交互扩展了真实世界的可见性概念。

除了(中央)业务应用程序之外，数据在本地以分发方式处理。驱动器，直接影响现实世界，也可以集成。智能项目因此成为整个业务流程中的积极参与者。

利用智能物品或其他边缘设备上的计算能力和智能，企业系统可以将数据和服务传播到这些新的、潜在未充分利用的运行时环境中。它允许本地决策和原始传感器数据的早期采集和过滤。然而，它也需要分布式计算和网络利用方面的创新。

基于这种范式转换，出现了一种新的设计时环境需求，这种环境允许通过分散优化策略对业务应用程序建模，同时考虑到智能物品的所有业务对象、业务流程、服务以及处理、感知和通信能力。新的和经过优化的业务流程可以建模为基于特定策略的这些“人工制品”的集合。在此上下文中，自组织描述了部署期间模型的适应性。环境中的更改(例如位置更改、连接中断、业务流程的重新配置等)要求在运行时对部署的组件进行重组，以满足给定的服务质量(QoS)约束。

总之，边缘处理可以带来显著的好处，但这是以增加管理复杂性为代价的。业务流程的分解可以看作是企业面向服务的体系结构(E-SOA)的演化延续。E-SOA能够有效地将大的功能部分分解为基本解耦的组件。本质上，E-SOA是一组用于构建自治但可互操作的组合的体系结构组件。计算和网络技术的融合，以及智能物品智能程度提高的趋势，为将这些概念应用于现实世界提供了机会。然而，由于管理复杂性的增加，如果分布式业务逻辑是合适的，则必须根据具体情况为每个应用程序确定它。以下是表明分散化方法的优点的标准:

1. 整个系统的响应能力,因为不必要的“昂贵的”交流传输被淘汰
2. 可伸缩性,因为业务逻辑的执行是分布式的
3. 网络独立:系统也将工作在没有连接到后端系统,例如,在运输或临时存储区域。

过去，RFID及其相关技术的优势主要应用于消费品和零售行业的供应链物流应用。虽然这些在未来仍将是一个重要的基石，但随着物联网定义的扩展，我们看到了许多其他有趣的应用程序的主要功能。下面将讨论一些最有希望的方法。

制造业。由于嵌入式系统领域的快速发展，随着无处不在的计算技术被应用到车间，制造领域正在发生重大的变化。一个全新的动态协作设备网络可以被创建，这有效地表明物联网可以重塑制造业领域。目前，基于分布式嵌入式设备的车间智能系统将行为和智能的编程集中在少数几个大型的单片计算资源上，伴随着大量的“哑”设备。智能和行为是为每个应用量身定做的，并按程序单独编程。

SOA概念逐渐成为连接到企业应用程序的实际标准，自动化领域也出现了将web服务放到设备本身上并使其能够作为服务提供功能的趋势。这将最终创建跨层web服务混搭，服务托管在企业、中间件和设备级别。关键思想是提供与服务混搭相同的互操作性和易于集成的服务。所有设备都将作为web服务提供其功能。因此，设备集成意味着服务集成，关注设备提供的功能，而不是特定的设备技术。这不仅在车间创建了一个新的范例，而且还将鼓励自动化行业开发提供嵌入式web服务的新设备。此外，它将在最低层次上促进合作，即，以及通过有效地连接当今被供应商封锁的孤立岛屿而提供新机会。

供应链的完整性。物联网技术允许在整个产品生命周期和整个供应链中跟踪对象的位置和状态。如今，这一技术已被用于检测非法或灰色市场的转移，以及假冒产品的引入。但这只是确保供应链完全完整的一部分。完整的完整性还包括许多其他方面。首先，是产品本身的物理完整性。传感器可用于确保产品从未暴露在潜在的破坏性环境条件下，例如从未超过安全温度或冲击水平。

该产品从未出现在不允许出现的地方。例如，由于事故的严重影响，危险危险货物不得通过人口密集地区或环境敏感地区运输。出于同样的原因，一些运输工具可能会被禁止，而其他地区可能会因为担心未经授权访问某个产品而被禁止。第三，有一个完整的产品及其所有子组件的生产资料。在这方面，遵守环境特别重要。必须确保最终产品的排放量和碳足迹不超过一定的水平。随着全球变暖的问题，我们相信，尤其是最后这一点将成为研发的驱动力。物联网技术将能够记录在复杂供应链的多个层次上的每个子组件的生产和运输过程中产生的所有排放。一般而言，新技术将用于确保供应链的所有参与者充分遵守一套商定的规则:法律法规、内部政策和服务水平协议。在大多数情况下，时间是很重要的:违反某些时间界限将意味着可能违反完整性。

能量。为寻求提供充足的清洁、安全和可负担的能源，欧洲和世界其他地区正在能源领域大力投资信息和通信技术。现代技术的使用，再加上物联网和服务互联网的概念，将带来范式的变革。随着我们向更具活力、以服务为基础、以市场为驱动的基础设施迈进，创新的新技术和新概念将会出现。在这种基础设施中，能源效率和节约可以通过互动的分销网络得到更好的解决。来自能源领域的一个例子表明了物联网的重要性，即创建了先进的计量基础设施(AMI)。AMI是指测量、收集和分析电力、天然气和水表等先进设备的能源使用情况的系统。通信可以根据请求进行，也可以按照预先定义的计划进行。这些设备通常被称为智能电表。智能电表既可以被认为是具有无线功能的传感器，也可以被认为是在家中与(无线)传感器网络合作以传输数据的传感器。根据《世界》杂志的一项调查，在新法规和全球能源危机的推动下，美国采用嵌入式无线传感器网络的先进电表从2004年的几千台增长到今年的150万台。据世界预测，2011年全球无线传感器网络智能电表和需求响应市场将价值160亿美元。智能电表使先进的计量基础设施能够几乎实时地作出反应，提供细粒度的能源生产或消费信息，并主动调整其行为。这些智能电表将是多用途电表，不仅管理电力，还管理天然气和热量，它们将依赖于多个(无线)传感器。将需要一个能够支持解除管制的能源市场的基础结构的新的依赖信息的智能能源管理系统。数百万家庭和企业必须安装智能电表，并接入交易平台。

智能电表为网络化嵌入式系统设计和电子集成提供了新的机遇和挑战。他们不仅能够提供

实时数据，还可以处理它们，并根据它们的功能和与外部服务的协作做出决策。这进而将对现有和未来的能源管理模式产生重大影响。决策者和决策者将能够根据真实世界的实时数据采取行动，而不仅仅是简单的预测。家庭和公司将能够通过增加或减少消费或生产来对市场波动作出反应，从而直接有助于提高能源效率。

健康。在卫生部门，RFID现在被一些医院使用，如德国耶拿大学医院，以优化物流流程，并提供更好的护理，跟踪设备，患者，特别是新生儿和药物。这对医疗服务提供者和患者都有好处，因为可以避免错误的治疗。无线传感器的预期使用以及医院中所有设备之间正在出现的互连将日益改变这一局面。然而，随着社会预期的老龄化和医疗成本的上升，更大的潜力也随之而来:物联网将是实现环境辅助生活愿景的关键。

汽车。在汽车工业中，传感器和嵌入式系统已经发挥了很大的作用。当这些被集成到未来的“车辆互联网”中时，它们将变得更加重要:更广为人知的Car-to-X通信表示车辆之间以及车辆与某些道路边基础设施之间的通信。在过去几年中，这已经成为一个非常重要的研究领域:已经提出并分析了几个不同的用例，从信息和娱乐应用程序上的安全相关警告系统到汽车到业务场景。启用,以防车辆无线(汽车制造商目前投资到一个共同的标准)的定义,特性的通信模块和传感器检测道路状况和当地的危险,他们可能会自动连接到对方,交换信息(我们称这些临时和自主组织连接为车载Ad hoc网络)。当探测到可视化的道路上的危险或障碍物时，这些车辆可以生成包含描述、地理位置和更多依赖于应用程序的信息的适当消息。消息可以立即广播到通信范围内的所有其他车辆，这些车辆可以存储、评估和转发消息。

除了以安全改进为重点的此类应用程序之外，其他场景还包括车辆与后端业务服务的通信。基于car-to-infrastructure通信技术，汽车在车辆关系管理领域可以使用故障远程诊断、软件版本管理等服务。这些典型的sci -narios表明，车辆将通过部分分散(自组织)网络和部分稳定的基于基础设施的Internet连接成为智能物品。“哑巴和自闭症”的转变对智能汽车,主动传感器节点允许上述现实

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