Rechenzentren im Nebel

Fog-Computing und Edge-Devices

Das Internet der Dinge erfordert eine neue IT. Konzepte wie Fog-Computing und Edge-Computing ergänzen die Cloud.

In zehn Jahren gibt es 50 Milliarden vernetzte Geräte im Internet der Dinge (IoT). Diese Prognose wird immer genannt, wenn es um die Vernetzung von allem und jedem geht. Eine gigantische Zahl, die ein ebenso großes Problem mit sich bringt, das gerne übersehen wird. Das IoT produziert irrsinnige Datenmengen, die irgendwo verarbeitet werden müssen, um zu sinnvollen Ergebnissen zu führen.

Die zentrale Cloud scheitert an der Bandbreite

Dabei geht es nicht um den legendären Internet-Kühlschrank, der für eine Nachbestellung ein paar Kilobyte Daten an einen Shop versendet. Die wirklichen Datenmengen entstehen in der Industrie. Vollständige Vernetzung und Ausrüstung mit Sensoren vorausgesetzt, dürften größere Industrieanlagen schon mal ein paar hundert Gigabyte Daten produzieren - täglich.

Es ist kaum vorstellbar, dass diese Datenmengen alle via Mobilfunk in der Cloud landen könnten. Selbst wenn das deutsche Mobilfunknetz auf Platz Eins der weltweiten Leistungsskala stünde (es ist Nummer 28), wäre eine vollständige, zentralisierte Verarbeitung aller Daten in einer IoT-Cloud nicht zu verwirklichen.

  • Sie scheitert erstens an der Bandbreite, die selbst unter idealen Bedingungen nicht annähernd für diese Datenmassen ausreichen könnte. Es ist auch kaum vorstellbar, dass ein Mobilfunknetz passend ausgebaut werden könnte.
  • Ein zweites Problem ist die Latenz: bereits die Datenübertragung dauert, eine anschließende Verarbeitung kostet noch mehr Zeit und wenn eine Rückmeldung erforderlich ist, etwa eine Notabschaltung, könnte es schon zu spät sein.
  • Ein drittes Problem sind die enormen Kosten. Bereits jetzt lassen sich die Mobilfunkanbieter den Datenverkehr teuer bezahlen. Angesichts unzureichender Netze dürfte sich dies selbst im Idealfall nicht ändern.

Verschiedene Anbieter propagieren zur Behebung dieser drei Probleme zwei unterschiedliche Lösungen, die allerdings auch gemeinsam eingesetzt werden können: Fog- und Edge-Computing.

Rechnen am Rand des internen Netzwerkes

Beim Fog-Computing wenn die Daten innerhalb des internen Netzwerkes eines Unternehmens in sogenannten Fog-Nodes bereits teilausgewertet und für die Cloud vorbereitet. Techniker sprechen hierbei davon, dass sich solche Systeme am Rand („Edge“) eines Netzwerkes befinden. Marketing-Experten von Cisco haben für diese Art der Datenverarbeitung die Metapher vom Nebel ins Spiel gebracht, denn in Bodennähe wirkt jede Wolke wie Nebel. So rückt also das Fog-Computing stärker an die internen Systeme heran und entfernt sich von der Cloud.

Bei den Fog-Nodes handelt es sich nicht um herkömmliche Server, sondern um spezielle Minirechenzentren. In den USA hat sich vor kurzem ein Startup gegründet, dass solche Kontenpunkte für das IoT herstellt: Nebbiolo Technologies. Die Kalifornier bauen modulare, echtzeit-fähige und hochsichere Geräte, die über die Cloud miteinander verbunden werden können. Diese und ähnliche Geräte gelten als Schlüsseltechnologie für Industrie 4.0 und als wichtiger Baustein für die Smart Factory. Die Automatisierungsspezialisten Kuka und TTTech haben sich deshalb im Frühjahr zu gleichen Teilen an dem Silicon-Valley-Startup beteiligt.

Der Begriff Edge-Computing wird häufig synonym zu Fog-Computing verwendet und trägt die Bedeutung des Einsatzes am Rand des Netzwerkes schon im Namen. Trotzdem ist es sinnvoll, hier einen Unterschied zu machen. Es gibt nämlich nicht nur Minirechenzentren als Lösung. Bei Edge-Devices rückt die IT noch einen Schritt näher an die Sensorik heran. So gibt es inzwischen Lösungen, die Arduino-Controller oder Kleinstrechner wie den Raspberry Pi einsetzen und somit das Latenzproblem umgehen.

Solche Lösungen haben sich vor allen Dingen im Bereich des Retrofittings für Industrie 4.0 etabliert, also dem Nachrüsten von Sensoren in älteren Maschinen und Anlagen. Die Harting Technologiegruppe bietet beispielsweise mit der MICA (Modular Industry Computing Architecture) ein Erweiterungssystem, das mit vorhandenen und zusätzlich installierten Sensoren verbunden werden kann. Es befindet sich in einer kleinen Box und kann praktisch überall in einer Fabrikanlage eingebaut werden.

Rechenkapazitäten direkt an und in der Maschine

Neben der Nachrüstbarkeit haben solche Geräte erweiterte Möglichkeiten in der Maschinensteuerung, da sie ähnlich fix wie herkömmliche Steueranlagen reagieren. Damit können Hersteller oder Betreiber direkt an der Maschine Bedingungen definieren – beispielsweise wann eine Wartung angefordert oder eine Notabschaltung eingeleitet wird.

Ähnliche Edge-Devices werden auch zahlreiche andere IoT-Installationen ergänzen und um Rechenkapazitäten erweitern. Die gerätenahe Datenverarbeitung ist überall dort gefragt, wo die cloud-artigen Minirechenzentren zu teuer oder zu umständlich sind, etwa in der Logistik. So ist es vorstellbar, dass in Zukunft der Bordrechner eines autonomen LKWs als Edge-Device auftritt und möglichst viel der Datenverarbeitung vor Ort erledigt.

Diese Entwicklungen zeigen, dass die Annahme einer allumfassenden Cloud nicht besonders plausibel ist. Fog- und Edge-Computing übernehmen weitreichende Aufgaben bei der Bearbeitung der Daten. Sinnvoll erscheint eine Arbeitsteilung zwischen Cloud und den beiden anderen IT-Knotenpunkten im Netz der Dinge.

Edge-Devices übernehmen dabei die erste Auswertung der Sensordaten und sorgen für schnelle Reaktionen auf unvorhergesehene Ereignisse. Die Fog-Nodes dagegen bereiten die Daten für die Cloud auf, die dann im letzten Schritt für die Analyse verantwortlich ist, etwa im Rahmen von ERP-Systemen, Business Analytics und anderen Geschäftsanwendungen.

Bildquelle: Thinkstock

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