Edge Computing kommt.

Es spricht vieles dafür, dass die Menschheit am Beginn eines neuen Zeitalters steht. Sein Name: „Data Age“ – Zeitalter der Daten. Es wird bestimmt von vernetzten elektronischen Geräten, die unablässig einen gewaltigen Strom von Daten produzieren. Es ist die Zeit der autonomen Fahrzeuge, der humanoiden Roboter und der intelligenten persönlichen Assistenten. Es ist auch die Zeit von Smart-Home-Geräten und Überwachungskameras und die Zeit der voll automatisierten Fertigung. Kurz: die Epoche dessen, was mit dem Begriff „Internet der Dinge“ umschrieben wird.

Die Prognosen beschreiben enorme Zuwächse: Laut dem aktuellen Cisco Annual Internet Report werden allein in der Region Zentral- und Osteuropa bis zum Jahr 2023 rund zwei Milliarden Geräte bzw. Anschlüsse mit IP-Netzwerken verbunden sein – ein Anstieg um zwei Drittel im Vergleich zu 2018. Weltweit wächst die Zahl der vernetzten Dinge im gleichen Zeitraum auf annähernd 30 Milliarden. Die Hälfte dieser Verbindungen vollzieht sich dabei Machine-to- Machine (M2M), das heißt, Geräte, Fahrzeuge oder Anlagen tauschen Daten untereinander oder mit zentralen Systemen aus. IT wird zusehends allgegenwärtig: Im Jahr 2025 wird laut den Marktanalysten von IDC eine durchschnittlich vernetzte Person irgendwo auf der Welt täglich fast 4.800 Mal mit vernetzten Geräten interagieren – alle 18 Sekunden eine Interaktion.

Die IT-Abteilung kann durch die Harmonisierung der Netze dieselben Management-Plattformen, Funktionen und Sicherheitsmechanismen nutzen. Das erleichtert die Steuerung, die Aufrüstung mit IoT-fähigen Routern und Switches und erzeugt eine hohe Transparenz.

DER WERT DER DATEN.

All diese Dinge produzieren, empfangen und verarbeiten Daten. Das weltweit erzeugte Datenvolumen verdreifacht sich dadurch in den kommenden fünf Jahren geschätzt auf 175 Zettabyte – zum Vergleich: Das entspricht 175 Milliarden Festplatten mit einer Speicherkapazität von je einem Terabyte. All diese Daten und die daraus ableitbaren Informationen haben jedoch eine Halbwertszeit – sie verlieren mit der Zeit an Wert. Denn der Wert einer Information bestimmt sich danach, ob sie ihren Empfänger zeitgerecht erreicht, um dort eine vorbestimmte Reaktion auszulösen.

Nach einem auf verschiedenen Anwendungsszenarien aufgebauten Modell des Industrial Internet Consortium sinkt beispielsweise der Wert von Informationen über einen Maschinenausfall in einem Produktionsbetrieb bereits nach einer Minute auf null Prozent – dann hat die Maschine möglicherweise nur noch Schrottwert. Im Fall der vorbeugenden Wartung – häufig auch Predictive Maintenance genannt – kann hingegen mit einer längeren Reaktionszeit kalkuliert werden. Der Wertverlust dieser Information beginnt nach einem Tag und erreicht erst nach einem Monat null Prozent. Es bleibt dem Servicepersonal also mehr Zeit, um die reibungslose Funktionsfähigkeit sicherzustellen.

„Die Geschwindigkeit der Datenübertragung ist für Unternehmen von zentraler Bedeutung, wenn sie Produktionsanlagen vernetzen und übergreifend optimieren möchten“, sagt Raphael Mintgen, Leiter des Competence Centers IoT-Lösungen im Bechtle IT-Systemhaus Bonn/Köln. „Dabei spielt neben der Latenzzeit und der verfügbaren Bandbreite auch die Anbindung an den Ort der Datenverarbeitung eine entscheidende Rolle.“ In vielen industriellen IoT-Szenarien erweist sich die Datenübermittlung in die Cloud oder ein unternehmenseigenes Datacenter jedoch als zu langsam. Oder sie gerät aufgrund der schieren Masse der von Sensoren oder Kameras fortlaufend erzeugten Daten zum Flaschenhals. Deshalb rückt die Datenverarbeitung näher an den Entstehungsort der Daten und damit an den Rand des Netzwerks. „Idealerweise werden die Datenpakete direkt an der Maschine erfasst, auf die relevanten Informationen reduziert und anschließend an die übergeordneten Analysewerkzeuge oder IoT-Plattformen weitergeleitet“, sagt Raphael Mintgen.

VOM RAND IN DEN MITTELPUNKT.

Der Umgang mit dem Volumen, der Vielfalt und den Geschwindigkeitsanforderungen von IoT-Daten befördert somit die Etablierung eines neuen Computing-Modells. Weil nicht für jeden Anwendungsfall die Informationen gleich schnell benötigt werden, werden Daten und daraus generierte Informationen anwendungsfallspezifisch mithilfe einer speziellen Netztopologie zwischen Sender und Empfänger zeitgerecht ausgetauscht. Eine wesentliche, wenn nicht gar die wichtigste Funktion erfüllt dabei die mittlere Ebene, die in der Regel als „Edge“ bezeichnet wird. Sie liegt zwischen der zentralen Computerinstanz – einer Cloud oder dem Unternehmens-Rechenzentrum – und der lokalen Ebene von realen, physischen Dingen wie zum Beispiel PCs, Smartphones, Controllern, Sensoren, Aktuatoren oder autonomen Fahrzeugen.

Auf der Edge-Ebene sind die Rechen-, Storage- und Netzfunktionalitäten vereint, die Daten sammeln, analysieren und oft in Echtzeit an den jeweils optimalen Verarbeitungsort übermitteln. Die eingesetzte Palette an Hardware reicht dabei von IoT-Gateways und Routern über hochleistungsfähige Rack-montierte Server bis hin zu Mikro-Datenzentren in Basisstationen von Mobilfunknetzen, Fabriken und Fahrzeugen.

Edge-Computing-Projekte haben in der Regel eine Vielzahl von Facetten und es kommt auf eine gute Mischung an aus Software-Know-how, IT- Infrastruktur-Kompetenz und Detailwissen bis hin zur Elektronikmontage – je nach geplantem Szenario.

KEIN IOT OHNE BASICS.

Laut einer IDC-Studie aus dem Vorjahr haben über 40 Prozent der befragten Unternehmen aus der Industrie und industrienahen Branchen in Deutschland erste IoT-Projekte umgesetzt oder pilotiert, rund die Hälfte der Unternehmen befindet sich in der Planungs- und Evaluierungsphase. Dabei setzen 24 Prozent der Befragten bereits auf Edge Computing, 60 Prozent prüfen derzeit den Mehrwert in Pilotprojekten oder beabsichtigen dies zu tun.

Als wichtige Voraussetzung für die erfolgreiche Implementierung von Edge-Szenarien sieht Bechtle Experte Sven Glüsing dabei eine weitgehende Vereinheitlichung der Netzwerkinfrastruktur im klassischen IT-Bereich und in der fertigungsnahen Operational Technology (OT). „Die IT-Abteilung kann durch die Harmonisierung der Netze dieselben Management-Plattformen, Funktionen und Sicherheitsmechanismen nutzen. Das erleichtert die Steuerung, die Aufrüstung mit IoT-fähigen Routern und Switches und erzeugt eine hohe Transparenz“, sagt der Teamleiter für Netzwerk- und Security-Lösungen im Bechtle IT-Systemhaus Darmstadt. Der Einsatz von Virtualisierungs- und Segmentierungstechnologien ermöglicht gleichzeitig die saubere Trennung von IT- und OT-Daten. Zur Absicherung der untereinander und mit zentralen Instanzen verbundenen Anlagen gegen Manipulation, Datendiebstahl oder Sabotage bieten neben der Mikrosegmentierung auch Methoden der Zugriffssteuerung und Firewalls sinnvolle Optionen. Die Gefahrenminimierung lohnt sich angesichts steigender Malware-Attacken und immer ausgefeilteren Angriffen von Cyberkriminellen auf Unternehmen. „Wird zum Beispiel ein Steuerungsprogramm nicht gelöscht, sondern überschrieben, ist denkbar, dass dies zunächst kaum bemerkt wird. Der Schaden durch produzierten Ausschuss, die mögliche Unterbrechung ganzer Lieferketten sowie die hohen Wiederanlaufkosten kann sich dann schnell potenzieren.“

Ob ich die Unversehrtheit eines reisenden Kunstwerks anhand der ermittelten Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit oder aber die durchgängige Versiegelung eines Schiffcontainers auf hoher See sicherstellen will – mit den geeigneten Edge-Devices und einer stabilen Konnektivität lassen sich zahlreiche Anwendungsfälle realisieren.

MEHR ALS SMARTE FERTIGUNG.

Von der Edge aus lassen sich aber bei weitem nicht nur industrielle Prozesse neu denken und gestalten. Vielmehr liegen die Chancen überall da, wo sich aktuelle Zustandsdaten in wertvolle Informationen verwandeln lassen. „Das kann in Smart-City-Konzepten die optimale Nutzung von Parkraum sein, im Freizeitpark die sensorgestützte Überwachung der Achterbahn, in der Logistikbranche das individuelle Nachverfolgen von Transportgut. Ob ich dabei die Unversehrtheit eines reisenden Kunstwerks anhand der ermittelten Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit oder aber die durchgängige Versiegelung eines Schiffcontainers auf hoher See sicherstellen will – mit den geeigneten Edge-Devices und einer stabilen Konnektivität lassen sich zahlreiche Anwendungsfälle realisieren“, sagt IoT-Spezialist Raphael Mintgen. Branchenunabhängig immer wichtiger werden über die Optimierung bestehender Prozesse hinaus die Anreicherung von Produkten mit datenbasierten Zusatzdienstleistungen bis hin zu neuen As-a-Service-Geschäftsmodellen bei klassischen Investitionsgütern. Lasermaschinen im Abo, Luftfiltersysteme, die ihre eigenen Zustandsdaten aufbereiten – die Digitalisierung verändert auch die Vermarktungslogiken.

Zur Evaluierung eines IoT-Prozesses empfiehlt sich ein Proof of Concept, bei dem interne IT und Fachabteilungen gemeinsam mit erfahrenen Partnern die unterschiedlichen Anforderungen abstimmen und die Umsetzbarkeit prüfen. „Edge-Computing-Projekte haben in der Regel eine Vielzahl von Facetten und es kommt auf eine gute Mischung an aus Software-Know-how, IT-Infrastruktur-Kompetenz und Detailwissen bis hin zur Elektronikmontage – je nach geplantem Szenario“, sagt Maxim Kushnir, Leiter Technologiekonzepte & Networking im Bechtle IT-Systemhaus Stuttgart. Er ergänzt: „Der erfolgreichen Erprobung sollte sich immer ein durchdachtes und stabiles Betriebsmodell anschließen.“ Ganz klar: Die Edge kommt, aber die Grundlagen einer guten IT-Lösung bleiben unverändert gültig.

Quellen und weiterführende Lektüre:

• Cisco Annual Internet Report (2018–2023), 2020
• IDC: Deutsche Industrieunternehmen optimieren mit Industrial IoT, Innovation spielt untergeordnete Rolle, 2019
• IDC: Data Age 2025. The Digitization of the World – From Edge to Core, 2018
• Industrial Internet Consortium: Introduction to Edge Computing in IIoT, 2018

Ansprechpartner.

Bechtle update Redaktion
update@bechtle.com

Zum Thema.

• Bechtle Lösung: Internet of Things mit Dell Edge Computing
• Artikel: Digital Annealing: Brückentechnologie zum Quantencomputing
• Artikel: Der Quantendualismus

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