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Dieser Beitrag ist im Rahmen des Themenspecials "Industrie 4.0" erschienen.

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Edge Computing IIoT per Container-Technologie – sicher und flexibel

| Autor / Redakteur: Raphael Vallazza* / Ines Stotz

Digitalisierung macht zunehmend Tempo. Basis für zukunftsweisende Netzwerkstrukturen dabei: die richtige Kombination von Edge-, Cloud- und Container-Technologien.

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Container-Technologie bringt Business-Anwendungen zum Netzwerkrand (Edge).
Container-Technologie bringt Business-Anwendungen zum Netzwerkrand (Edge).
(Bild: Endian)

Immer mehr Maschinen und Anlagen sind mit dem Internet verbunden. Unternehmen haben damit Zugriff auf jede Menge Daten, die als Basis für digitale Geschäftsmodelle dienen sollen. Davor gilt es, die Daten zu sammeln und zu analysieren. Angesichts des steigenden Datenvolumens ist eine komplette Auswertung in der Cloud weder sinnvoll noch praktikabel: Die technisch bedingten Latenzzeiten machen Echtzeitauswertungen unmöglich, während die steigende Datenmenge enorme Rechenkapazitäten beansprucht. Daten dort zu verarbeiten, wo sie entstehen, also am Rande des Netzwerks, wird angesichts dieser Entwicklungen immer wichtiger.

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Edge Computing – die Antwort auf wachsende Datenmengen

Bei dieser als „Edge Computing“ bezeichneten Technologie findet eine Vorauswertung in der Maschine oder der Anlage statt, die die Daten erzeugt. An die übergeordnete IoT-Plattform werden nur die gewonnenen Ergebnisse weitergeleitet. Bei Einsatzszenarien mit hoher Latenzempfindlichkeit, wie beispielsweise bei der M2M-Kommunikation, ist Edge Computing besonders geeignet.

Zur Datenverarbeitung vor Ort ist ein IoT-Gateway mit entsprechender Rechenkapazität gefragt, wie sie beispielsweise das Endian 4i Edge X bietet. Mit einem solchen Edge Device lassen sich Regeln festlegen, wann eine Übertragung an die IoT-Plattform erfolgen soll: Entweder nach einer lokalen Auswertung vor Ort, oder bei Über- oder Unterschreitung eines gewissen Grenzwertes.

Wichtigste Grundlage für datenbasierte Geschäftsmodelle ist die absolute Richtigkeit der Daten. Falsche Daten führen zwangsläufig zu Fehlentscheidungen. Deshalb gilt es, die Maschinendaten vor Diebstahl und Manipulation zu schützen und zwar während der Verarbeitung und Speicherung im Edge Device sowie bei der Übertragung an die Cloud. Für das Edge Computing kommen deshalb nur IoT-Gateways in Frage, die mit aufeinander abgestimmten Security-Technologien ausgestattet sind, wie beispielsweise einer Firewall, Anti-Virussoftware und einem Intrusion Detection System (IDS). Zudem gilt es, die Daten bei der Übertragung zu verschlüsseln und zwar von Ende-zu-Ende.

Einen weiteren Beitrag zur Datensicherheit leistet die Speicherkapazität eines IoT-Gateways: Ist die Internetverbindung unterbrochen und eine Datenübertragung an die Cloud damit nicht möglich, so bietet das Gateway die Option, die Daten zwischenzeitlich lokal zu puffern, um sie dann an die IoT-Plattform zu übertragen, wenn die Internetverbindung wieder verfügbar ist. Analysen basieren somit auf durchgängigen Datensätzen.

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Container-Technologien für mehr Flexibilität

Findet die Datenverarbeitung am Rande des Netzwerks statt, so sollten auch die dazu passenden Anwendungen dort ausführbar sein. Mit Container-Technologien, wie beispielsweise Docker, lassen sich Anwendungen flexibel zusammenstellen und in unterschiedlichsten Umgebungen einsetzen.

Beispielsweise Node-Red: Mit dieser Programmiersoftware lassen sich logische Abfolgen festlegen. Hat eine Niederlassung per Node-Red eine Logik zur Datenverarbeitung erstellt, möchte das Unternehmen diese eventuell auch auf anderen, global verteilten Produktionsanlagen nutzen. Mithilfe von Container-Technologien lassen sich diese Anwendungen einfach auf eine Vielzahl unterschiedlicher Maschinen übertragen. Deshalb sind Container-Technologien auch besonders interessant für Systemintegratoren, die Industrieunternehmen bei Industrie 4.0-Projekten begleiten.

Container sind dabei unabhängig von einem Betriebssystem und bestehen aus mehreren Schichten. Jede Schicht lädt in Abhängigkeit von der Host-Umgebung die Bestandteile nach, die für die Ausführung nötig sind. Aus diesem Grund verbrauchen Container wesentlich weniger Rechenkapazität als virtuelle Maschinen und sorgen gleichzeitig für ein Maximum an Flexibilität: Setzen global verteilte Niederlassungen unterschiedliche Betriebssysteme ein, um ihre Produktionsanlagen zu überwachen, so lässt sich die Anwendung über Containerisierung trotzdem in allen Niederlassungen gleichermaßen nutzen.

Cloud und IoT-Plattformen

Sind Maschinen und Anlagen sicher vernetzt und die entsprechenden Anwendungen zur Datenvorverarbeitung installiert, so lassen sich die Ergebnisse der lokalen Datenanalysen an die IoT-Plattform übertragen. Hier werden die Ergebnisse der Vorauswertungen zusammenführt und weiterverarbeitet. Ergänzt um weitere Faktoren, wie beispielsweise die Außentemperatur, ermöglichen die gesammelten Daten Rückschlüsse auf die optimalen Betriebsbedingungen einer Maschine.

Je dezentraler die Netzwerkstruktur ist, desto wichtiger ist eine beidseitige Verbindung mit der Cloud. Nur mit einer zentral organisierten Fernwartung lässt sich die Sicherheit der Edge-Devices gewährleisten: Über die permanente Anbindung eines IoT-Gateways an das Internet, beziehungsweise die Cloud, ist ein rechtzeitiges Einspielen von Sicherheitspatches möglich. Das ist ein zentraler Punkt für IT-Sicherheit, denn jede Art von Sicherheitssoftware schützt nur dann zuverlässig vor Cyber-Bedrohungen, wenn sie stets aktuell gehalten wird.

Fazit: Zukünftig wird die richtige Mischung aus Edge- und Cloud-Computing sowie Container-Technologien der Schlüssel zu mehr Agilität in der digitalisierten Industrie sein und damit gleichzeitig die Basis für zukunftssichere Konzepte im Industrie-4.0-Umfeld.

Der Beitrag ist ursprünglich auf unserem Partnerportal Elektrotechnik erschienen.

* Raphael Vallazza, CEO Endian

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