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Computing in der Edge und/oder Cloud

Nicht immer ist es von Vorteil, alle Daten in die Cloud zu bringen (Quelle: fotolia_Romolo Tavani)

Nicht immer ist es von Vorteil, alle Daten in die Cloud zu bringen (Quelle: fotolia_Romolo Tavani)

01  Alle Industrierouter-Serien von Insys Icom verfügen über eine integrierte ­Linux-Programmierumgebung für Edge Computing

01  Alle Industrierouter-Serien von Insys Icom verfügen über eine integrierte ­Linux-Programmierumgebung für Edge Computing

02  Bildschirmausschnitt einer Tankniveau-Steuerung, überwacht durch einen ­Insys-Icom-Router und visualisiert über die Cumulocity-Cloud

02  Bildschirmausschnitt einer Tankniveau-Steuerung, überwacht durch einen ­Insys-Icom-Router und visualisiert über die Cumulocity-Cloud

03  Die Konfigurationsoberfläche zum Aufspielen von Apps auf die Router

03  Die Konfigurationsoberfläche zum Aufspielen von Apps auf die Router

Dass man mit Daten nicht nur wichtige Informationen, sondern auch tolle Umsätze generieren kann, wissen wir nicht zuletzt seit Google, Facebook und Co. Im Internet der Dinge und speziell in der Industrie-4.0-Initiative ist ein regelrechter „Run“ auf Lösungen im Gange, die bestenfalls jeden Sensorwert sofort in die Cloud schicken. Die Zielsetzung reicht von reiner Datenspeicherung und Zustandsüberwachung bis hin zur „Königsdisziplin“ der Analyse, dem Big Data. Doch macht es wirklich Sinn, alle Mess- und Zustandswerte in die Cloud zu bringen?

Letztlich ergibt es sich aus der Anwendung selbst, wo und in welchem Umfang die Daten verarbeitet und gespeichert werden müssen. Dabei kann es durchaus sinnvoll sein, einige Vorgänge komplett vor Ort durchzuführen (sogenanntes Edge Computing) und andere an einer zentralen Stelle – beispielsweise, wenn Daten aus unterschiedlichen, auch lokal verteilten Quellen benötigt werden. Es ist eine logische Folge, dass es Prozesse geben muss, die einer Kombination aus lokalem und Cloud Computing bedürfen. Die Entscheidung richtet sich somit nach den Möglichkeiten, die Edge und Cloud Computing jeweils bieten.

Edge Computing – Intelligenz am „Rand des Netzwerks“
Edge Computing bedeutet die Verlagerung von Rechenleistung, Anwendungen, Daten und Services unmittelbar an die Randstelle eines Netzwerks, die sogenannte „edge“. Dabei wird die Leistung von Anwendungen vor Ort vorgehalten und folglich die Fehlergefahr bei der Übertragung oder ein möglicher ­Flaschenhals in der Cloud vermieden. Gerade bei geringen Latenzzeiten oder einer Echtzeit-Datenverarbeitung ist eine Cloud-Lösung – zumindest derzeit – nicht das Mittel der Wahl. Ein besonderer Vorteil im Edge Computing liegt vor allem darin, dass kein ständiger Kommunikationskanal vorgehalten ­werden muss – „always on“ genannt. Gerade bei länderübergreifenden Verbindungen spart sich der Nutzer hier bares Geld.
Bei einem Edge-Ansatz wird eine Verbindung meist nur zu Fernwartungs- und Konfigurationszwecken sowie bei Bedarf im Rahmen einer Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) benötigt. Gleichzeitig unterliegt das ­Anwendungsnetzwerk einem deutlich geringeren Sicherheitsrisiko hinsichtlich Manipulation oder Datendiebstahl. Je sicherheitskritischer eine Anwendung ist, zum Beispiel eine Wasserpumpe in einem Frischwasserreservoir, desto mehr macht es Sinn, die sogenannte Processing-Power direkt dort zu platzieren. Bei Insys Icom ist das derzeit über eine integrierte Programmierumgebung als Linux Sandbox oder nach neuester Linux-Containertechnologie (LXC) möglich (Bild 1). Zusammen mit der Monitoring App lassen sich Daten einer Vielzahl an Peripheriegeräten mit unterschiedlichsten Protokollsprachen überwachen, analysieren und verarbeiten.
Edge Computing stößt dort an seine Grenzen, wenn eine Vielzahl Daten zu verarbeiten oder zu speichern ist oder eine hochskalierbare Lösung benötigt wird. Abgesehen von der initialen Investition können der Aufwand sowie die Kosten aus dem Rahmen laufen, wenn eine entsprechende Dimensionierung nicht vorab durchgeführt wurde oder der Rechen- und Speicherbedarf sehr unregelmäßig ist. Ebenso ist zu berücksichtigen, dass dezentrale Systeme, je eigenständiger sie sind, in Bezug auf Konfigurations- und Updatefähigkeit schwerer zu managen sind als eine zentrale Lösung. Daher gilt für Edge Computing eine Reihe grundsätzlicher Anforderungen: Einfache Installation, Nutzung und Administration, Remote-Erreichbarkeit, hohe Verfügbarkeit und (automatische) Sicherheitsmaßnahmen gegen Absturz bzw. Datenverlust.

Cloud Computing – Die Datenkrake
Cloud Computing ist bestens aus der IT-Welt bekannt. Amazon, Apple, IBM oder Microsoft nutzen bereits ausgiebig diese Möglichkeit, um uns nicht mehr Programme zu verkaufen, sondern vielmehr Services anzubieten, die nicht zwangsläufig lokal installiert werden müssen. Besonders reizvoll am Cloud Computing ist die schier unendliche Kapazität an Speicherplatz und ­Rechenleistung, die sich je nach Bedarf anpassen lässt – allerdings nur, wenn eine Inter­net­verbindung zur Verfügung steht. Das industrielle Umfeld steht gerade erst an der Schwelle zur Nutzung dieser Möglichkeiten, wobei sich viele Ideen auf eine Zustandsüberwachung konzentrieren. Daten werden analysiert, verarbeitet und meist auch visualisiert. Zusätzlich kann man beispielsweise ereignisgesteuerte Alarme bei Über- und Unterschreiten von Schwellwerten definieren. Derzeit entstehen gerade im Cloud-Umfeld auch generische Programme, auf welche Nutzer als „Software as a ­Service“ zurückgreifen oder sie als Basis für ­eigene Entwicklungen nutzen können.
Beispielsweise nutzen auch Kunden von ­Insys Icom Anwendungen, die auf Routern laufen, ­dazu, um Daten vollautomatisch an Clouds wie Cumulocity oder die Telekom Cloud der Dinge weiterzureichen (Bild 2). Der Anwender muss dafür nur einen Cloud-Account einrichten. Die Konfiguration findet komplett in der Anwendung vor Ort statt, lässt sich aber bei Bedarf auch in der Cloud anpassen und ergänzen (Bild 3). Die Anwendungskonfiguration kann ­dabei jeder­zeit auf mehrere Geräte übertragen ­werden.
Die wesentlichen Vorteile einer Cloud-­Lösung liegen darin, das Kosten nur bei der Nutzung von Infrastruktur, Plattformen oder ­Services entstehen. Die benötigten Leistungen sind dabei meist beliebig anpass- und skalierbar. Eine hohe Verfügbarkeit wird ebenso garantiert wie ein Höchstmaß an Datensicherheit und Daten­schutz. Dennoch gilt es sich auch der Nachteile bewusst zu sein: Die Fragen „Wo ­liegen meine Daten?“, „Wer hat darauf Zugriff?“, „Wem gehören die Daten bzw. wer darf sie nutzen?“ und „Wie werden die Daten geschützt?“ sind je nach Anwendung von hoher Bedeutung. Zudem ist die auch die Einrichtung sowie die Administra­tion einer Cloud oft komplex und verursacht damit Aufwand sowie ­Kosten. Die Verlässlichkeit des Cloud-Anbieters hinsichtlich Sicherheit und Performance spielt eine entscheidende Rolle. Es bedarf der Entwicklung von Szenarien für den Ausfall der Cloud oder auch der Datenübertragungsnetze wie DSL oder Mobil­funk. ­Zudem sollte man die Technologiezyklen beachten, welche der Nutzer im Regelfall nicht selbst bestimmen kann. Hierbei kann es zu Kompatibilitäts- und anderen Problemen in Bezug auf Funktionsfähigkeit der Lösung kommen.

Edge und Cloud Hand in Hand
Schließen die Anforderungen an eine Anwendung nicht den einen oder den anderen Ansatz von Anfang an aus, ist eine Kombination aus Edge und Cloud Computing eine gute Wahl. Bei datenintensiven Anwendungen sowie bei prozesstechnisch kurzfristig notwendigen Reaktionszeiten empfiehlt sich eine Vorverarbeitung vor Ort. Die Übertragung von Daten in die Cloud wird auf wichtige, ggf. ­kumulierte Kernwerte beschränkt. Somit ist die zentrale ­Stelle über ­alle Vorgänge informiert, erlaubt aber autonomes Handeln der einzelnen „Außenposten“. Damit werden Personal und ­Rechenressourcen geschont, Übertragungskosten reduziert, das Ausfallrisiko minimiert und die ­Anwendung damit ­intelligent. (no)

Wolfgang Wanner ist Leiter Marketing bei der ­Insys Microelectronics GmbH in Regensburg.wwanner@insys-tec.de

Wolfgang Wanner ist Leiter Marketing bei der ­Insys Microelectronics GmbH in Regensburg.wwanner@insys-tec.de