Cloud-Computing ist die Basistechnologie für viele technische Innovationen in Alltag, Industrie und Produktion. Falls diese Datenautobahn ausfällt, kann das vor allem in der industriellen Fertigung äußerst problematisch werden. Denn die Cloud ist das starke Rückgrat der Zukunft, wenn es um vernetzte Infrastrukturen geht. Und mit der zunehmenden Nutzung von 5G wird der weltweite Mobilfunkdatenverkehr noch deutlich wachsen. Den Großteil davon werden Industrie-Anwendungen ausmachen, gefolgt von Smart Cities.
Was tun, wenn die Cloud ausfällt?
Vor Cloud-Ausfällen ist aber niemand gefeit. Mit zunehmender Vernetzung steigt auch die Anzahl der weltweiten Cyberangriffe. Daher sollten Nutzer niemals alle Daten in eine Cloud auslagern; Und es braucht eine alternative Architektur für die Cloud, die alle Anwendungen an einem bestimmten Ort weiterlaufen lässt – auch ohne Mobilfunkanbindung. Der Lösungsansatz hierfür lautet Edge Computing. Die Technologie ist schon länger als Industrie-4.0-Komponente im Einsatz, um etwa das Unternehmensnetzwerk zu entlasten und Latenzzeiten zu minimieren, indem ein Teil der Datenverarbeitung dorthin verlagert wird, wo diese Daten auch anfallen. Resilientes Edge Computing (REC) bildet so die Basis für eine echte Alternative beim Ausfall der Cloud.
Lange Zeit gab es keine Infrastrukturlösung, bei der nicht zumindest ein kleiner Teil des Übertragungsweges über die Cloud laufen musste. Während beispielsweise die untersten Ebenen einer Produktionsumgebung, die Maschinen und Anlagen mitsamt ihren Sensoren und Aktoren noch mit den darüber liegenden Systemen wie dem MES verdrahtet werden konnten, wurde jegliche Kommunikation darüber – die Verwaltung und das Monitoring der Edge Devices – zum großen Teil über die Cloud geregelt. Das Ganze noch in Echtzeit und standortübergreifend. Mit eigenen 5G-Netzwerken erreicht die Übertragung noch einmal neue Dimensionen. Warum? Weil etwa Produktionsstraßen und ihre Komponenten nicht mehr mit Feldbussen vernetzt werden müssen. Hierin besteht jedoch die Abhängigkeit von einer durchgängigen, stabilen Mobilfunkverbindung.
Offline-First-Prinzip denken
Sollte es hier eine Unterbrechung der „Befehlskette von oben“ geben, kann REC die Lösung sein, um die Produktion weiterlaufen zu lassen. Grundlage hierfür bildet der IBM Edge Application Manager, der auf dem Open Source Framework „Open Horizon“ basiert. Selbst läuft er auf Red Hat OpenShift. Er kann sowohl in einer Cloud installiert werden und externe Edge Devices managen, oder auch „cloud agnostisch“ – also ohne jegliche Cloudverbindung – containerisierte Anwendungen auf Edge Devices deployen, managen, monitoren und betreiben. Selbst wenn die Devices die Verbindung zum Application Manager verlieren sollten, laufen sie autonom weiter. So schafft er die Voraussetzung für das Offline-First-Prinzip, das wiederum die Grundlage für resilientes Edge Computing darstellt.
Vorteile von Edge-Computing
Sprich eine intelligente und flexible Plattform, die Funktionen für das autonome Verwalten von Anwendungen für das Edge Computing bereitstellt.
Für die Edge Devices gibt es wenig Anforderungen. Sie reichen von Geräten auf der Basis von ARM- oder ARM64-Prozessoren über Rechner mit kleineren IntelX86-Prozessoren mit Windows 10 oder Linux bis hin zu größeren Servern, je nach Anwendungsfall. Sobald auf einem Edge-Gerät der Open-Horizon-Agent installiert ist, können Anwendungscontainer darauf übertragen, verwaltet und überwacht werden. So können hunderttausende von Edge-Geräten aktiv verwaltet werden – resilient gegenüber jeglichen Einflüssen. Zudem entscheidet der Anwender, welche Daten das Gerät verlassen sollen und welche nicht.
Zwei Beispiele aus der Praxis
In der Energiegewinnung ist das Ziel mithilfe von Resilient Edge Computing etwa den Energieertrag zu maximieren und gleichzeitig die Betriebskosten zu senken. Grundsätzlich funktioniert die Technologie dahinter über automatisierte Turbinen in Echtzeit. Software-Updates werden dabei normalerweise manuell durchgeführt, was zu Inkonsistenzen, Wartungsproblemen und potenziellen Fehlerquellen führt. In einem konkreten Fall stellte das Unternehmen Edge-Server und -Geräte im gesamten Werk bereit und steigerte die Produktivität um mehr als die Hälfte. Die zu verwaltenden Container liefen automatisiert auf Edge-Endpunkten ohne Workload-Ausfallzeiten und garantierten einen kontinuierlichen Betrieb, selbst bei getrennter Verbindung.
Connected Experience beim Autofahren dank effizienter Datenverwaltung
Ein weiteres Beispiel findet sich im Automobil-Sektor: Immer mehr Daten werden von Fahrzeugherstellern abgefragt, um dem Fahrer einen verbesserten Service bieten zu können. Die Edge-Technologie ermöglichte einem Kunden die Erfahrungen mit vernetzten Diensten durch eine vollständig integrierte Architektur im Fahrzeug deutlich zu verbessern. Die Lösung bestand im Bereich des automatisierten Managements von Fahrzeugdaten für Telematik- und Support-Anwendungen, konsistent über alle Fahrzeugmodelle hinweg. Das heißt Vorhersagen für personalisierte Fahrerpräferenzen, Fahrverhalten, Orte und durchschnittliche Straßenbedingungen. Dank der IBM Edge Application Platform und Watson IoT werden die Analysen der generierten Fahrzeugdaten verwaltet, skaliert und sind über das Ökosystem hinweg erweiterbar.
Resilientes Edge Computing und Cloud Computing bilden eine Einheit
Das Resilient Edge Computing wird zunehmend zu einer zwingenden Ausbaustufe des Cloud-Computings in Industrieunternehmen werden. Auch wenn die Cloud weiterhin den Löwenanteil an Datenströmen tragen soll, müssen vorausschauende Unternehmen einen Plan B im Gepäck haben, falls die Cloud ausfallen sollte. Grundsätzlich betrifft es Fertigungsbereiche, die die Cloud nutzen (Produktion, Lieferketten, regionale Versorgung) und wo sich deren Ausfall auf den Prozess negativ auswirkt.
Kontakt:
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Kurz erklärt: Cloud versus Edge Computing
- Unter Cloud Computing versteht man die Bereitstellung von IT-Infrastruktur als Dienstleistung. Dazu zählt zum Beispiel Speicher, Datenbanken, Server oder Software. Der Nutzer bezahlt in der Regel nur für die Dienste, die er auch verwendet. Als Vorteile zählen hier: Der Wegfall von Kosten für die Einrichtung sowie den Betrieb lokaler Rechenzentren, die globale Skalierung der IT-Ressourcen sowie eine mögliche hohe Rechenleistung.
- Edge Computing hingegen ist die dezentrale Verarbeitung von Daten am Rand (Edge) des Netzwerks. Das bedeutet, dass die Daten nicht von einem zentralen Server oder in der Cloud gesammelt, analysiert oder abgerufen werden, sondern an lokalen Knotenpunkten. Da im Gegensatz zum Cloud Computing kein Transfer von sensiblen Kunden- oder Firmendaten in die Cloud erfolgt, kommt diese Technologieform häufig für das Internet of Things, das autonome Fahren oder das Management von Energie-Netzen zum Einsatz. Außerdem funktionieren die vernetzten Geräte selbst bei einem Netzwerkausfall.
