Edge & Cloud Computing

Die optimale Archi­tektur für IoT-Plattformen

Skalier­bar­keit, Pay-per-Use und ein einfa­ches Deploy­ment sind aus Sicht der Entwick­lung zentrale Vorteile des Cloud-Compu­tings. Mittels Edge Compu­ting können diese Stärken nun direkt auf dem Shopf­loor genutzt werden. Predic­tive Mainten­ance und Condi­tion Monito­ring sind nur zwei mögliche Anwen­dungs­fälle, die sich mittels Edge und Cloud-Techno­lo­gien reali­sieren lassen.

In Verbin­dung mit entspre­chenden Kommu­ni­ka­ti­ons­schnitt­stellen entstehen so intel­li­gente Lösungen. Wir unter­stützen Sie gerne in allen Phasen Ihrer Edge oder Cloud-Compu­ting Projekte.

Anfor­de­rungen der Indus­trie an IT-Infrastruktur

Indus­trie 4.0 hat das Ziel, die inter­na­tio­nale Wettbe­werbs­fä­hig­keit der deutschen Indus­trie zu sichern. Die digitale Trans­for­ma­tion  ermög­licht die Indivi­dua­li­sie­rung in der Ferti­gung von gerin­geren Losgrößen bei gleich­zeitig hoher Produk­ti­vität und geringen Kosten. Die Digita­li­sie­rung setzt demnach die Vernet­zung von Objekten, die Erhebung von Daten auf Feldebene, sowie die Verar­bei­tung dieser Daten bis zur Nutzung durch Extrak­tion zu Infor­ma­tionen voraus. Daraus resul­tieren hohe Anfor­de­rungen an die IT-Infrastruktur.

Durch das Internet der Dinge verschmelzen die virtu­elle und die reale Welt. Alle Objekte mit Netzwerk­zu­griff, wie z. B. Sensoren und Aktoren können über das Internet adres­siert werden, Infor­ma­tionen über ihre Umgebung mitteilen und wiederum beein­flusst werden. Heraus­for­de­rungen sind dabei große Daten­mengen, schnelle Übertra­gungs­ge­schwin­dig­keiten und hohe Rechen­leis­tungen. Zur Lösung dieser Anfor­de­rungen bietet sich der Einsatz von Cloud bzw. Edge Cloud Compu­ting an.

Begriffs­er­klä­rung Cloud Computing 

Cloud

Der Begriff Cloud ist definiert als die Nutzung von spezi­eller IT-Infra­struktur, um IT-Ressourcen dynamisch über das Internet zur Verfü­gung zu stellen und die Nutzung nach flexi­blen Bezahl­mo­dellen abzurechnen.

Public Cloud

Eine Public Cloud ist die öffent­liche Cloud eines belie­bigen Anbie­ters. Sie kann sich von einer SaaS-Anwen­dung wie Google Docs oder Micro­soft Office 365 bis hin zur IaaS-Lösung durch die Clouds von Google, Amazon oder Micro­soft erstrecken.

Community Cloud

Eine Commu­nity Cloud sind Infra­struk­turen, die von mehreren Unter­nehmen – beispiels­weise im Kontext eines Projekts – gemeinsam betrieben und genutzt werden, wobei bestimmte Dienste geteilt werden.

Service­mo­delle von Cloud-Technologien

Cloud-Anwen­dungen können durch folgende Service­mo­delle unter­schieden werden:

Bei Software as a Service werden browser­ba­sierte Software­an­wen­dungen genutzt, die i. d. R. kosten­günstig über das Internet angeboten und ohne spezi­elle IT-Kennt­nisse orts- und zeitun­ab­hängig genutzt werden können. Die Software­li­zenzen werden nicht erworben, sondern nur für die Nutzung bzw. Bereit­stel­lung bezahlt (z. B. zeitab­hängig, leistungs­ab­hängig). Zielgruppe sind Softwareanwender.

Das Service­mo­dell Platform as a Service bietet eine flexibel erwei­ter­bare Platt­form (mit einer leistungs­fä­higen Umgebung) für Software­ent­wickler, um Anwen­dungen orts- und zeitun­ab­hängig entwi­ckeln und ausführen zu können. Es wird keine Hardware angeschafft, sondern flexibel nach Bedarf genutzt und bezahlt. Zielgruppe sind Softwareentwickler.

Bei Infra­st­ruc­ture as a Service wird ein virtu­elles Rechen­zen­trum genutzt, das über flexibel und beliebig skalier­bare IT-Ressourcen (Rechen­leis­tung, Speicher, Netzwerke) verfügt. Es wird keine Hardware angeschafft, sondern flexibel nach Bedarf genutzt und bezahlt. Zielgruppe sind IT-Architekten.

Beim Service­mo­dell On Premise werden alle IT-Ressourcen (Rechen­leis­tung, Speicher, Server und Netzwerke) in eigener Verant­wor­tung aufge­baut, genutzt und betrieben. Dies ist  die klassi­sche IT-Infra­struktur, ohne Nutzung von Cloud-Technologien.

Charak­te­ri­sie­rung von Cloud-Technologien

On-demand Self-Services

Nutzer können jeder­zeit über das Internet auf IT-Ressourcen in der Cloud zugreifen. Es ist keine Kontakt­auf­nahme mit dem Anbieter notwendig.

Broad Network Access

Nutzer können mithilfe von statio­nären bzw. mobilen Endge­räten (Computer, Laptop, Tablet, Smart­phone) über das Internet auf die IT-Ressourcen in der Cloud zugreifen.

Resource Pooling

Den Nutzern wird gemeinsam ein Pool an IT-Ressourcen (z. B. Server, Speicher) zur Verfü­gung gestellt, deren Leistungen von jedem Nutzer indivi­duell genutzt werden können.

Rapid Elasti­city

Die IT-Ressourcen und Services werden gemäß den Anfor­de­rungen schnell und flexibel zur Verfü­gung gestellt und können nahezu beliebig angepasst/ skaliert werden.

Vorteile von Cloud Computing

  • kurzfris­tige Skalier­bar­keit bzgl. Rechen­leis­tung & Speicherplatz
  • Nutzung standar­di­sierter Services aus Online-Marktplätzen
  • Anbieten und Vermark­tung eigener Services
  • Möglich­keit des Kunden­kon­takts und  ‑bindung über die Cloud
  • Anbieten neuer Geschäftsmodelle
  • Zugriff auf die IT-Ressourcen jeder­zeit und von überall
  • kein Adminis­tra­ti­ons­auf­wand, inkl. Datensicherung
  • keine Inves­ti­ti­ons­kosten
  • keine Ausfalls­ri­siken bezüg­lich der Infrastruktur
  • Pay-per-Use: Abrech­nung nach tatsäch­li­cher Nutzung

Nachteile von Cloud Computing

  • keine Echtzeit­fä­hig­keit durch Latenzzeit
  • höheres Ausfall­ri­siko Internetverbindung
  • Abhän­gig­keit von verfüg­barer Bandbreite
  • ggf. höhere Kosten für IT-Ressourcen
  • höheres Sicher­heits­ri­siko: ggf. Übermitt­lung vertrau­li­cher Daten über Server im Ausland
  • Vendor Lock-In: höherer Aufwand bei Anbieterwechsel

Edge/ Fog Computing

Edge Compu­ting beschreibt eine Art und Weise der dezen­tralen Daten­ver­ar­bei­tung, welche am Rand des Netzwerks statt­findet. Dabei werden Daten dort verar­beitet, wo sie generiert bzw. gesam­melt werden.

Edge Compu­ting wird in Form einer Private Cloud mit eigenen Servern, Rechnern und Speichern am Unter­neh­mens­standort betrieben. Dies hat Vorteile bezüg­lich des Daten­schutzes, der IT-Sicher­heit und der Perfor­mance. Der Zugang ist häufig ausschließ­lich für eigene Mitar­beiter einge­richtet. Bei einer Private Cloud handelt es sich oft um unter­neh­mens­spe­zi­fi­sche Software, eine Platt­form oder ein Intranet. Der gesicherte Zugriff über das Internet kann nach Bedarf ebenfalls einge­richtet werden. 

verschiedene Edge Cloud Services in Wolke angeordnet
Edge-/ Fog Compu­ting schließt die Lücke zwischen Cloud- und Feldebene

Vorteile von Edge Computing

  • sehr hohe Daten­über­tra­gungs­raten verfügbar
  • geringe Latenz­zeiten und Echtzeitfähigkeit
  • Daten­ho­heit: Server & Daten bleiben im Unternehmen
  • Unabhän­gig­keit: keine Bindung an externe Cloud-Anbietern
  • zeit- & ortsun­ab­hän­giger Daten­zu­griff über Internet bzw. Intranet

Nachteile von Edge Computing

  • keine kurzfris­tige Skalier­bar­keit hinsicht­lich Rechen­leis­tung & Speicherplatz
  • Aufwand und Verant­wor­tung für Adminis­tra­tion der Infra­struktur (Personal, Know-how, Daten­si­che­rung, Kosten)
  • Inves­ti­tions- und Wartungs­kosten trägt das Unternehmen

Unsere Empfeh­lung: Hybrid-Cloud

Einsatz einer Hybrid-Cloud-Lösung bestehend aus

    • einer Edge Lösung mit lokalen Servern und der Software für die Erfas­sung und Auswer­tung der lokalen Sensor‑, Maschinen- und Ferti­gungs­daten nahe am Entste­hungsort zur direkten Beein­flus­sung und Steue­rung der Prozesse
    • einer Cloud Lösung mit virtu­ellen Servern und der Software zur stand­ort­über­grei­fenden Aggre­ga­tion von Anlagen‑, Prozess- und Logis­tik­daten zur stand­ort­über­grei­fenden Steue­rung und für das Deploy­ment neuer Software

Hybrid-Cloud-Lösung

Die Hybrid-Cloud ist eine Misch­form aus Private Cloud und Public Cloud. Bestimmte Services werden über das Internet bei öffent­li­chen Anbie­tern betrieben, daten­schutz­kri­ti­sche oder leistungs­in­ten­sive Anwen­dungen und Daten in der eigenen Cloud.

Durch den sich ergän­zenden Einsatz von Edge- und Cloud-Compu­ting bietet sich die Möglich­keit, große Mengen unstruk­tu­rierter Daten effizient zu verar­beiten. Ziele sind eine Batch-Daten­ver­ar­bei­tung und das Generieren von Echtzeit­in­ter­ak­tionen. Die vernetzten IoT-Objekte müssen keine perma­nente Inter­net­ver­bin­dung haben. Die anfal­lenden Daten werden möglichst in den jewei­ligen lokalen Geräten verar­beitet und nur deutlich reduzierte Daten­mengen werden zu anderen IT-Instanzen bzw. in die Cloud trans­por­tiert. Aus diesem Ansatz ergeben sich neben Zeit- und Kosten­vor­teilen auch Vorteile bezüg­lich Sicher­heit und Verschlüs­se­lung von Daten.

Grafik einer OT/ IT Architektur mit Edge/ Fog

Vorteile von Hybrid-Cloud-Lösungen

  • Schonung von Bandbreiten: Daten­trans­fers in die Cloud werden auf ein Minimum reduziert
  • Reduk­tion von Latenzzeiten
  • ununter­bro­chene Funkti­ons­weise: vernetzte IoT-Objekte funktio­nieren auch bei Ausfall der Inter­net­ver­bin­dung oder bei Verzö­ge­rungen zur Cloud-Anbindung
  • erhöhte Daten­si­cher­heit: kriti­sche bzw. sensible Daten können in unter­neh­mens­ei­gener Edge Cloud gespei­chert werden
Möchten Sie weitere Infor­ma­tionen oder Beratung zum Einsatz von intel­li­genten Hybrid-Cloud- Lösungen in Ihrem Unter­nehmen? Wir helfen gerne weiter. 
Bild von Wolfram Schäfer

Wolfram Schäfer

Geschäfts­führer IT Enginee­ring Software Innovations

IIoT Building Blocks – Daten­er­fas­sung auf Basis einer Hybrid – Cloud Lösung

Bei einer Ferti­gung im Sinne von Indus­trie 4.0 sind Daten von Maschinen, Sensoren etc. von zentraler Bedeu­tung. Doch das reine Sammeln und Speichern von Daten bringt keinen Mehrwert. Die Schwie­rig­keit liegt darin, die Daten sinnvoll aufzu­be­reiten und nutzbrin­gende Infor­ma­tionen daraus zu gewinnen. Die IIoT Building Blocks unter­stützen in allen drei Phasen – Collect, Explore & Improve.
 
Unser Data Collector dient dabei der Daten­er­fas­sung und kann über eine Hybrid-Cloud Archi­tektur in die firmen­in­terne System­land­schaft integriert werden.

Anwen­dungs­fälle

Condi­tion Monitoring

Zustands­über­wa­chung von Produk­ti­ons­daten mit dem Ziel der Prozess- und Anlagenoptimierung

Predic­tive Maintenance

voraus­schau­ende Instand­hal­tung von Maschinen & Anlagen mithilfe von Echtzeit-Zustandsdaten 

Digitaler Zwilling

entsteht auf Basis des Digitalen Modells & der Vernet­zung mit realem Objekt und dem beidsei­tigen Informationstransfer 

Unser Angebot

Unsere Kernkom­pe­tenz als Dienst­leister liegt in der Entwick­lung anspruchs­voller, indivi­du­eller Software­lö­sungen im indus­tri­ellen Umfeld. Wir verfügen über ein breites Spektrum an Erfah­rungen in der Software­ent­wick­lung für Kompo­nenten und Maschinen, über die Vernet­zung von Anlagen bis zur Anbin­dung zu Cloud-Appli­ka­tionen. Mit diesem Wissen und unserem Know-how in der Schnitt­stellen-
program­mie­rung können wir auch für Ihren Anwen­dungs­fall die optimale IoT-Infra­struktur aufbauen.

Wir verstehen uns als verläss­li­cher Entwick­lungs­partner und Impuls­geber: Von der Konzep­tion eines Archi­tek­tur­mo­dells Ihrer IoT-Platt­form mit (Edge-)Cloud-Technologien, über die Program­mie­rung der Schnitt­stellen und die Imple­men­tie­rung bis zur konti­nu­ier­li­chen Weiter­ent­wick­lung, decken wir alle Phasen des Projekt­ver­laufs ab.