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Connect – Compute – Control Was ist Intelligent Edge?

| Autor / Redakteur: Tom Bradicich [Red.: Martina Hafner] / Dipl.-Ing. (FH) Andreas Donner

Das Intelligent Edge wird die kommende Dekade ähnlich prägen wie das Internet das vergangene Jahrzehnt. Mit neuen Technologien schaffen Entwickler intelligente Städte, Fahrzeuge, Fabrikhallen und vieles mehr. Was steckt hinter Intelligent Edge und welche Potenziale birgt es?

Intelligent Edges lassen sich grob in drei Kategorien einteilen: Operational Technology (OT) Edge, IoT-Edge und Informationstechnologie (IT) Edge. Für erfolgreiche Projekte sollten Spezialisten aus dem Engineering und der OT Seite an Seite mit ihren IT-Fachleuten zusammenarbeiten.
Intelligent Edges lassen sich grob in drei Kategorien einteilen: Operational Technology (OT) Edge, IoT-Edge und Informationstechnologie (IT) Edge. Für erfolgreiche Projekte sollten Spezialisten aus dem Engineering und der OT Seite an Seite mit ihren IT-Fachleuten zusammenarbeiten.
(Bild: Hewlett-Packard)

Man stellt sich das Intelligent Edge wohl am besten als einen Ort vor. Dort spielt künftig die Musik: Ob Fabrikhalle, Gebäude, Campus, Stadt, Haus, Getreidefeld, Windpark, Kraftwerk, Ölplattform, zu Lande, zu Wasser oder in der Luft – das Edge ist da, wo die „Dinge“ im Internet der Dinge (IoT) verbunden sind.

Das Edge ist intelligent, denn es gibt dort Technologien, die Intelligenz, Vernetzung, Rechenleistung und Steuerfunktionen ermöglichen. Vor allem bietet das Intelligent Edge Analysefunktionen, die bislang nur lokal oder in einem Datacenter in der Cloud zur Verfügung standen.

Die 3 Cs des Intelligent Edge

Die Vorteile des Intelligent Edge treten zutage, wenn wir drei dafür essenzielle Cs unter die Lupe nehmen:

Connect: Wenn sich Geräte, Menschen oder Dinge über Netzwerke miteinander verbinden, entstehen aus diesem Datenaustausch neue Datenquellen und -mengen.
Compute: Systeme verarbeiten dann diese Daten, stellen Applikationen bereit und liefern umfassende Informationen über die vernetzten Dinge, Geräte und die jeweilige Umgebung.
Control: Anhand dieser errechneten Informationen können Maßnahmen umgesetzt und Geräte und Dinge am Edge gesteuert werden. Zudem lassen sich weitere Steuerungsmaßnahmen für das Geschäft oder Unternehmen treffen, mit der das Edge verbunden ist.

Die 3 Cs im praktischen Einsatz

Bild 2: Die 3 Cs des Intelligent Edge: Verbinden, Berechnen und Steuern
Bild 2: Die 3 Cs des Intelligent Edge: Verbinden, Berechnen und Steuern
(Bild: Hewlett-Packard)

Ein Beispiel: In einem Ladengeschäft sind gekühlte Getränke und digitale Preisanzeigen am Regal in einem Netzwerk miteinander verbunden. So hat der Händler seinen Warenbestand direkt im Auge und sieht, wie lange es dauert, bis ein Getränk verkauft wird. Anhand dieser Informationen sowie Daten zur Außentemperatur und den Umsätzen anderer Standorte lassen sich die Getränkepreise in Echtzeit anpassen und steuern. In dieser IoT-Applikation sind die Getränke und Preisanzeigen die mit dem Netzwerk verbundenen „Dinge“. Dank dieser Konnektivität kann der Händler seinen Umsatz steigern und gleichzeitig eine neue Customer Experience schaffen.

Noch ein Beispiel: Ein Mitarbeiter betritt ein großes Bürogebäude oder einen Campus, der über einen Standortdienst verfügt. Mithilfe einer Smartphone-App findet er den Weg zu einem Konferenzraum, einem Drucker oder einer bestimmten Person, ohne nach dem Weg fragen zu müssen. Die unmittelbar verfügbare Information darüber, wo sich der Mitarbeiter im Verhältnis zu diesen anderen vernetzten Dingen befindet, verbessert die Experience in diesem intelligenten Gebäude maßgeblich. Ähnliches bietet das Shopping-Erlebnis in vielen großen Läden: Das Smartphone weist dem Kunden den Weg zum gewünschten Produkt, zu Sonderangeboten oder den Toiletten.

Höhere Videoauflösung, neue Formate, wachsende Bandbreite und der Bedarf an besserer Sicherheit und Zuverlässigkeit stellen die Kommunikationsbranche vor Herausforderungen bei der Datenübertragung. Telekom-Provider bringen daher fortschrittliche Computing- und Steuerungssysteme in Firmen und Privathaushalte. Diese verteilten Intelligent Edges erhöhen die Wettbewerbsfähigkeit der Dienstleistungen und verbessern die Customer Experience.

Die Intelligenz in den unterschiedlichen Edge-Anwendungen wird immer ausgereifter, dank neuer Industriestandards und Softwarestacks, wie sie bislang dem Datacenter vorbehalten waren. Dieser Trend zum verteilten Computing wird dadurch verstärkt, dass man am Nutzungsort bessere Services bereitstellen und die Einschränkungen der Remote-Datacenter oder Clouds umgehen will.

Drei grundegende Edge-Kategorien

Intelligent Edges lassen sich grob in drei Kategorien einteilen: Operational Technology (OT) Edge, IoT-Edge und Informationstechnologie (IT) Edge. Ein OT-Edge verfügt zumeist über Intelligenz und Steuerungsfunktionen; die Konnektivität und Rechenleistung sind in der Regel jedoch eingeschränkt. OT-Edges kommen z.B. in Kraftwerken und Offshore-Ölplattformen zum Einsatz.

IT-Edges finden sich häufig in der Telekommunikation und Datenkommunikationsbranche; über sie laufen verteilte Datentransfer- und -verarbeitungsprozesse sowie verteiltes Computing für mehrere Standorte, z.B. in Zweigstellen oder Campus.

Nachdem das IoT mittlerweile große Bekanntheit erlangt hat, wird nun auch dem IoT-Edge hoe Aufmerksamkeit zuteil. Häufig ist das IoT eine Kombination aus OT und IT. Wenn man über das IoT spricht, sollte man zunächst die generalisierte vierstufige IoT-Lösungsarchitektur verstehen (siehe Bild 3). „Dinge“ sind mit Sensoren zur Datenerfassung sowie mit Aktuatoren verbunden, welche diese entweder kabelgebunden oder kabellos steuern. Diese Sensoren und Aktuatoren sind in Stufe 2 an Gateways, Switches und Datenerfassungssysteme angebunden. Stufe 3 besteht aus IT-Systemen am Edge, Stufe 4 ist das Remote-Datacenter bzw. die Cloud. Nicht alle IoT-Lösungen umfassen alle vier Stufen, es gibt z.B. auch Sensor-to-Cloud-Lösungen. Die meisten lassen sich jedoch in dieser Architektur abbilden.

Bild 3: Die 4-stufige IoT-Lösungsarchitektur
Bild 3: Die 4-stufige IoT-Lösungsarchitektur
(Bild: Hewlett-Packard)

Industrial IoT-Lösungen (IIoT) können hohen geschäftlichen Nutzen schaffen, beispielsweise mittels Sensoren, die an rotierende Maschinen, wie Turbinen in einem Stromkraftwerk, angeschlossen sind. Die aus den Turbinen erfassten physikalischen Daten, wie Temperatur, Feuchtigkeit und Vibration, liefern wertvolle Informationen über den Zustand der Anlage. Analyseprogramme verarbeiten diese Daten und erlauben einen unmittelbaren Einblick in den Zustand der Turbine. So lassen sich Wartungsarbeiten besser steuern und Ausfälle durch Störungen in der Strom- oder Spannungsversorgung besser vorhersagen.

7 Vorteile von Edge Computing

Alle drei Cs (Connect, Compute, Control) tragen maßgeblich zur Edge-Intelligenz bei. Der optimierten Datenverarbeitung kommt jedoch eine herausragende Rolle zu, denn anhand der Edge-Daten lassen sich unmittelbare Einblicke zu relativ geringen Kosten liefern. Edge Computing wird effizienter, wenn Computing-, Speicher- und Managementsysteme der Enterprise-Klasse aus dem Datacenter an das Edge verlagert werden. Die Verlagerung der Computing-Prozesse an das Edge bedeutet für Unternehmen zahlreiche Vorteile:

Bild 4: Sieben Gründe, Computing-Prozesse an das Edge zu verlagern
Bild 4: Sieben Gründe, Computing-Prozesse an das Edge zu verlagern
(Bild: Hewlett-Packard)

1. Geringere Latenz: Viele Anwendungen erfordern unmittelbare Einsicht und Steuerung. Bei bestimmten einsatzkritischen Funktionen ist keine Latenz akzeptabel; die Daten müssen am Edge verarbeitet werden. Bei einen Roboterarm in einem Fertigungsprozess ist z.B. mittels hochpräziser Einstellungen und Kalibrierungen eine konstant hohe Produktqualität sicherzustellen. Werden in der Fabrik 50 Produkte pro Minute hergestellt, ist eine Kalibrierung in Echtzeit unumgänglich, um Fehler zu vermeiden.

2. Reduzierte Bandbreite: Die Übertragung großer Datenmengen zwischen Geräten und der Cloud beansprucht eine enorme Bandbreite. Mit Edge Computing lässt sich diesem Problem einfach begegnen.

3. Niedrigere Kosten: Auch wenn ausreichend Bandbreite zur Verfügung steht, können hohe Kosten entstehen. Effizienz ist ein wichtiger Bestandteil jeder IoT-Unternehmensstrategie.

4. Weniger Risiken: Werden Daten über Firmen, Länder, Regionen oder Meere hinweg übertragen, sind sie anfälliger gegenüber Angriffen und Sicherheitslücken. Die Datenverarbeitung am Edge mindert die Sicherheitsrisiken.

5. Keine Duplikate: Wenn alle erfassten Daten vollständig an die Cloud übertragen werden, entstehen unter Umständen Datenduplikate im Arbeits- und Festplattenspeicher, in den Netzwerksystemen oder der Software. Werden diese Duplikate nicht benötigt, sind die damit verbundenen höheren Anlage- und Betriebskosten nicht vertretbar.

6. Höhere Zuverlässigkeit: Daten können auch ohne Hackerangriffe beschädigt werden. Wiederholungsläufe, Spannungsabfälle oder Verbindungsunterbrechungen beeinträchtigen die Kommunikation zwischen Edge und Datacenter. Technische Probleme können auch heute beispielsweise noch dazu führen, dass Mobiltelefonate gestört oder unterbrochen werden.

7. Compliance: Die Fernübertragung von Daten wird durch Gesetze und Unternehmensrichtlinien geregelt. In bestimmten Ländern ist es Firmen beispielsweise verboten, personenbezogene Daten ins Ausland zu übertragen.

Das Intelligent IoT – erste Schritte

Schritt 1: Sobald man sich vergegenwärtigt hat, welcher Wert in der Nutzbarmachung der Prozesse und Informationen am Edge liegt, kann man dazu übergehen, gezielt den Return on Investment eines bestimmten Edge-Deployments zu quantifizieren. Dazu ist es häufig sinnvoll, ein formales IoT-Projekt mit Machbarkeitsstudie ins Leben rufen. Vorbehalte gegenüber der neuen Technologie bzw. Bedenken in Bezug auf die Netzwerk- und Datensicherheit lassen sich dann oft ausräumen.

In vielen Unternehmen ergibt sich ein höherer ROI durch bessere Geschäftsergebnisse dank niedrigerer Betriebskosten, bessere Einblicke in das Kundenverhalten und das damit verbundene Upselling, oder durch eine optimierte Produktion. In wissenschaftlichen und Engineering-Unternehmen wird der ROI häufig mit einer Beschleunigung von Innovation und gesellschaftlichem Fortschritt in Verbindung gebracht.

Identifizieren Sie zunächst einen konkreten wirtschaftlichen, technologischen oder wissenschaftlichen Nutzen, der sich aus dem Projekt ableiten lässt. Beurteilen Sie, wie dieser sich im Erfolgsfall auf Ihr Unternehmen auswirken wird.

Schritt 2: Vernetzen Sie dann ein paar erste "Dinge", z.B. Anlagen oder Produkte. Analysieren oder verarbeiten Sie die Daten aus diesen nun vernetzten Dingen und bewerten Sie, ob Sie die erwarteten Informationen erhalten. Überwachen Sie Ihre Assets, um deren Betrieb zu verbessern oder Ihre Geschäftsprozesse anzupassen, indem Sie Lagerbestände verlagern, Personal einstellen oder Produkte neu kalkulieren.

Schritt 3: Wenn das kleine Projekt vielversprechend aussieht, skalieren Sie langsam die Vernetzung sowie Datenerfassung und bewerten Sie den Wert im weiteren Verlauf neu.

Auch müssen Sie die Annäherung und Kooperation zwischen OT und IT fördern. Ihre Spezialisten aus dem Engineering und der OT sollten Seite an Seite mit IT-Fachleuten zusammenarbeiten. Die IT-Spezialisten sollten sich mit bereichsübergreifenden Aufgaben vertraut machen; beispielsweise kann eine erfahrene IT-Fachkraft dem IoT-Team zugewiesen werden. Diese Art der Zusammenarbeit ist von entscheidender Bedeutung: In erfolgreichen IoT-End-to-End-Lösungen werden Sensoren, Aktuatoren, Daten- und Steuerungssysteme sowie Erfassungssysteme aus der OT mit Computing-, Speicher- und Netzwerklösungen aus dem IT-Bereich zusammengeführt.

Die Zukunft vorhersagen

Bei Intelligent Edge und IoT geht es großteils um die fortwährende Vernetzung von Dingen, Menschen und der Umgebung. Hierdurch entstehen immer mehr und immer vielfältigere Edge-Daten. Falls Sie Big Data mögen, werden Sie die Intelligent Edge und das IoT lieben. Die Datenquellen in der Edge sind ursprünglicher, da es sich überwiegend um natürliche Daten aus der physikalischen Welt handelt, wie Licht, Schall, Radiowellen, Ort, Zeit, Druck und Geschwindigkeit handelt. Sie werden mit höheren Geschwindigkeit erfasst und umfangreicher sein als alle anderen Arten von Big Data zusammen.

Bild 5: Datenvielfalt beim Intelligent Edge, vorwiegend Daten der physikalischen Welt
Bild 5: Datenvielfalt beim Intelligent Edge, vorwiegend Daten der physikalischen Welt
(Bild: Hewlett-Packard)

Da große und verschiedenartige Datensätze die statistische Genauigkeit von Vorhersagen und Erkenntnissen verbessern, können wir mit zuverlässigeren Prognosen rechnen, z.B. zu Arztdiagnosen, dem Ausfallzeitpunkt einer Anlage oder dazu, welche Produkte gekauft werden, wer eine Wahl gewinnt oder wohin Leute in den Urlaub verreisen. Die Zukunft wird sich also künftig präziser vorhersagen lassen. Wachsende und immer vielfältigere Datensätze werden Data Scientist diese Arbeit erleichtern.

Das Intelligent Edge ist faszinierend. Unternehmen, die IoT-Projekte initiiert haben, profitieren bereits von sinkenden Kosten, mehr Effizienz und höherer Kundenzufriedenheit. Falls Sie noch keine IoT-Strategie ausgearbeitet haben, ist es nun an der Zeit herauszufinden, welchen Nutzen Ihr Unternehmen aus dem Intelligent Edge ziehen kann.

Über den Autor

Dr. Tom Bradicich ist Vizepräsident und Geschäftsführer der Edge and IoT Labs & CoE bei Hewlett Packard Enterprise (HPE). Er und sein Team entwickeln und vermarkten Software mit den Schwerpunkten Wi-Fi, 5G, konvergierte IT/Betriebstechnologien (OT) und Edge as-a-Service. Er verantwortet das HPE Edge & IoT Center of Excellence (CoE) und das Channel-to-Edge Institute Channel-Partner-Programm von HPE.

Dieser Beitrag stammt von unserem Schwesterportal Elektronikpraxis.

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