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Edge Computing

Gateways und Protokolle: Die Flaschenhälse an der Edge

25.08.2022
Mit 5G wird Edge-Computing schneller und flexibler. Damit verschieben sich jedoch die Netzwerkengpässe in den Bereich der Operational Technology (OT).
Edge-Computing ist ein wesentliches Element zur Einführung von Industrie 4.0. Neue Netzwerktopologien schaffen hierbei neue Anwendungsfelder.
Edge-Computing ist ein wesentliches Element zur Einführung von Industrie 4.0. Neue Netzwerktopologien schaffen hierbei neue Anwendungsfelder.
Foto: EPStudio20 - shutterstock.com

Edge-Computing boomt: Mehr Sensoren, kürzere Messintervalle und mehr Kontrollwerte verbessern die Produktivität, reduzieren den Ausschuss und machen ganze Fabriken agiler. Das aber bedeutet mehr und schnellere Kommunikation. Aufgrund der sensitiven Latenzen und Reaktionszeiten im Mikrosekundenbereich kamen hierfür bislang nur kabelgebundene Netze infrage, was jedoch die Nutzungsmöglichkeiten, beispielsweise bei Robotern und anderen mobilen Einrichtungen, stark eingeschränkt hat.

Mit dem Aufkommen von privaten 5G-Netzen, den sogenannten Campusnetzen, ändert sich das grundlegend. Um aber die vielen neuen Möglichkeiten dieser drahtlosen Hochgeschwindigkeitsnetze voll auszuschöpfen, bedarf es einer entsprechenden Netzstruktur zwischen den Empfangsteilen, also den Gateways und den Edge-Geräten, denn wie bei allen Netzen, so gilt auch hier: Die Gesamtleistung wird vom schwächsten Glied bestimmt. Mit anderen Worten: Ein schnelles 5G nützt wenig, wenn es zwischen Gateway und Sensoren nur im Schneckentempo vorangeht.

Edge-Kommunikation: Wie beim Turmbau von Babel

Edge-Computing ist besonders wichtig beim Aufbau von Industrie 4.0 Architekturen oder genereller gesagt beim Industrial Internet of Things, IIoT. Und das bedeutet vor allem eine höchstmögliche Interoperabilität der Geräte und Systeme - was nur mithilfe einer entsprechenden Standardisierung der Protokolle möglich ist. Das ist leichter gesagt als getan, denn die Industriesysteme sind proprietär gewachsene Maschinen und Anlagen, die über Jahrzehnte hinweg keine Kommunikation mit der Außenwelt benötigten. Es gibt Hunderte, wenn nicht gar Tausende unterschiedlicher Protokolle auf Maschinenebene, die sich nur schwer vereinheitlichen lassen.

Diese Probleme betreffen vor allem die Gateways. Sie sind praktisch die Schnittstelle zwischen der Operational Technology (OT) und der Information Technology (IT), denn sie müssen die Kommunikation in beide Richtungen "übersetzen". Ein typisches Edge-Gateway für den Azure IoT Hub besteht beispielsweise aus den folgenden Teilen:

  • Azure Device Provisioning Service (DPS) mit TPM

  • Container-Runtime und Unterstützung von Docker-Compose-Dateien

  • Integrierte Firewall, Routing, NAT, OpenVPN

  • Intel® Quad-Core-Prozessor, 8 GB RAM, 45 GB freier Speicher

Smarte Gateways für eine smarte Fabrik

Ein besonders leistungsstarkes Gateway ist das Cyclone® V-basierte Multiprotokoll-IIoT-Gatewayvom Intel-Partner EXOR. Es akzeptiert Daten aus über 200 Industrial Ethernet- und Feldbus-Protokollen und führt bereits viele Edge-Analysen durch. Die OT-Endpunkte können Sensoren, Ein-/Ausgabegeräte (E/A), speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und andere Maschinensteuerungen sein. Die Unterstützung von IT-Schnittstellen ermöglicht eine nahtlose Integration mit Legacy-Systemen, wie SCADA - aber auch den großen Cloud-Service-Providern (AWS, GCP, Azure).

Hierzu gibt es ein Referenzprojekt, für das sich Intel, EXOR und weitere Industrie-Anbieter zusammengetan haben, um eine End-to-End-Smart-Factory aufzubauen. Sie dient als Beispiel für die Vorteile der Industrie-4.0-Digitalisierung. Basierend auf einer breiten Palette von Intel-Produkten - darunter Intel Atom®-Prozessoren, skalierbare Intel Xeon®-Prozessoren, Intel FPGAs, Intel Edge-Controls für Industriesoftware und Intel Edge-Insights für Industriesoftware - wird gezeigt, was mit den neuesten Technologien in einer agilen und modularen Anwendungsumgebung möglich ist. "Die neue Smart Factory von EXOR ist ein großartiges Beispiel dafür, wie der Einsatz von Lösungen auf der Grundlage von Standards mit offenen Architekturen dazu beitragen kann, Wartungskosten zu senken, die Produktivität zu steigern und neue Geschäftsmöglichkeiten zu nutzen", sagt Christine Boles, Vizepräsidentin der Internet of Things Group und General Managerin der Industrial Solutions Division bei Intel.

Die Gesamtperformance ist entscheidend

Eine zufriedenstellende Leistung an einem Edge-Standort hängt aber nicht nur von den Gateways ab. Wichtig sind darüber hinaus weitere Faktoren, wie die Größe des Standorts, die lokal erforderlichen Dienste, die Zahl der Benutzer und der Grad rechenintensiver Aufgaben. Das alles hat Einfluss auf die Konfiguration und damit auf die Wahl der benötigten Prozessoren. Das Spektrum reicht hier von Intel Atom-Prozessorenfür relativ geringe lokale Rechenanforderungen, über Intel Xeon-D-Prozessorenals Midrange-Angebot, bis hin zu skalierbaren Intel Xeon-Prozessorenim High-End-Bereich.

Mehr über das Intel-Angebot zum Thema Edge-Netzwerke finden Sie hier.