Mehr und mehr mehr Hersteller machen sich bereit für den Ritt auf der IIoT-Welle. Obwohl der Fortschritt langsam voranschreitet, lassen sich erste Vorteile der Digitalisierung bereits nutzen. So genanntes Smart Manufacturing und die digitale Transformation gekoppelt mit Edge-Intelligenz, also intelligenten Geräten am Rande des Netzwerks, ermöglichen es Herstellern, ihre Produktivität zu steigern, Ausfallzeiten zu reduzieren und die Produktqualität zu verbessern. Ein wichtiger Erfolgsfaktor bei der Transformation ist der Einsatz intelligenter Edge-Computing-Lösungen, welche die Lücke zwischen Betriebstechnologie (Operation Technology, OT) und Informationstechnologie (IT) – mit den entsprechenden Vorteilen – schließen. Auch aus einem anderen Grund macht Edge-Computing Sinn. Denn zusätzlich erfordern zeitkritische Anwendungen die sofortige Verarbeitung von Gerätedaten, damit Korrekturmaßnahmen und Entscheidungsfindungen rechtzeitig stattfinden können. Edge-Intelligenz bedeutet, dass die Intelligenz zur Datenverarbeitung direkt vor Ort im Feld verfügbar ist, anstatt alle Gerätedaten erst zur Verarbeitung vom Netzwerk-Randbereich in die Cloud zu senden. Somit wird schnelle Entscheidungsfindung möglich.

Unabhängiger, dezentraler Betrieb

Eine Edge-Computing-Plattform ermög­licht es dezentralen Standorten, Ausfallzeiten zu reduzieren und unabhängig zu arbeiten, wenn das zentrale System nicht zugänglich ist. Beispielsweise können dezentrale Feldstandorte lokale Rechen­leistung zur Verarbeitung und Speicherung von Daten nutzen, wenn es zu einem Netzwerk-Ausfall kommt und die Verbindung zur Cloud ausfällt. Ist die Verbindung wiederhergestellt, können die verarbeiteten Daten zur Langzeitspeicherung an die Cloud gesendet werden. Ein weiterer Punkt: Es birgt gewisse Risiken, alle betriebskritischen Daten vom Edge in die Cloud zu senden. Es sind verschiedene Sicherheits-niveaus erforderlich, damit die Daten sicher ihren Weg in die Cloud finden. Die Verarbeitung von Daten direkt am Netzwerk-Rand verhindert die Verletzung der Datensicherheit und erhöht die Reaktionsfähigkeit. 

Ebenso können die Kosten für den Transfer großer Datenmengen vom Netzwerk-Edge zu einem Cloud-Server unerschwinglich hoch sein. Darüber hinaus kann die tägliche Datenübertragung langfristig zu untragbaren Kommunikationskosten führen. 

Daher suchen die Anwender nach optimierten Computing-Lösungen für ihre industriellen Automatisierungsanwendungen, um große Mengen an Sensor- und Feldüberwachungsdaten intelligent zu verarbeiten und nur kritische Daten oder eine Zusammenfassung der Daten in die Cloud zu senden. Kompakte, ARM-basierte Computer mit niedrigem Strombedarf sind hierfür prädestiniert und machen das Computing im Edge-Bereich zuverlässiger sowie kostengünstiger. 

Vorteile einer ARM-Lösung

ARM-basierte Linux-IIoT-Gateway-Lösungen bieten Sicherheit, Verwaltungsmöglichkeiten, Leistung sowie Zuverlässigkeit auf Industrieniveau und erhalten die Erweiterungsfähigkeit eines Netzwerks. Solche Plattformen kombinieren als optimierte Edge-Computing-Lösung die folgenden Hardware-, Betriebssystem- und Softwarefunktionen:

Eine Vielzahl von IIoT-Gateways sorgt für die zuverlässige und sichere Edge-zu-Cloud-Kommunikation in unterschiedlichsten Anwendungen.

© Moxa

Langlebigkeit: Industrieprodukte werden üblicherweise 10 bis 15 Jahre eingesetzt. ARM-basierte CPUs bieten in der Regel eine minimale Lebensdauer von 15 Jahren, und ARMs Verpflichtung zu langfristiger Unterstützung sowie zum Zugriff auf nachfolgende Produktverbesserungen machen die Lösungen zur optimalen Wahl für Industrieanwendungen. 

Niedriger Energie-Bedarf: Datenverarbeitung mit niedrigem Strombedarf ist eine Anforderung in vielen Branchen, um sicherzustellen, dass Geräte nicht überhitzen und dadurch eine potenzielle Gefahrenquelle darstellen. Lüfterlose Geräte werden aufgrund der Auswirkungen von Staub in industriellen Umgebungen ebenfalls bevorzugt. Dahingehend sind ARM-Cortex-A-Prozessoren Prozessoren auf Leistung und Energie-Effizienz optimiert.

Skalierbarkeit: Linux ist außerordentlich gut skalierbar und läuft auf einer Vielzahl von Plattformen. Seine Basisfunktionen wie Kommandozeilenwerkzeuge, Konfiguration und Code sind mit sämtlichen Linux-basierten Geräten kompatibel. Diese Flexibilität ermöglicht einfachere Upgrades und Kompatibilität zwischen verschiedenen Systemen. 

Durch den Verzicht auf eine grafische Oberfläche oder die Reduktion auf notwendige Bestandteile, wie den Kernel und eine minimales Betriebssystem, lässt sich Linux außerordentlich schlank gestalten. Ein so geartetes Linux eignet sich dann ideal für den Betrieb auf ressourcenknappen Umgebungen wie ARM beziehungsweise Embedded Computing im Allgemeinen.

Verbesserte Sicherheit: Die Vorteile der Digitalisierung bringen auch die Risiken der Datensicherheit und Software-Integrität mit sich. Man kann ein Trusted Platform Module (TPM) installieren, damit die physische Sicherheit von Edge-Geräten ga-rantiert werden kann, und die sogenannte TrustZone von ARM kann dazu genutzt werden, eine isolierte, sichere Welt zu erstellen, wodurch die Sicherheit erhöht und die Integrität von Edge-Computing-Lösungen erhalten werden kann. 

Mit industriellem Linux-OS

Moxas IIoT Edge Gateways der UC-Serie sind industrielle, drahtlose, ARM-basierte Computing-Plattformen, die für den Be-trieb bei Temperaturen von –40 bis +85 °C entwickelt wurden. Die Gateways basieren auf dem ARM-Cortex-A-Prozessor, der Edge-Intelligenz auf Industrieniveau bei einem Leistungsbedarf von unter 10 W bietet, und verfügen über Moxa Industrial Linux (MIL). 

MIL ist eine sehr leistungsfähige industrielle Linux-Distribution, die von Moxa entwickelt wurde, um Projekte in der Industrie zu beschleunigen. Die 10-jährige Linux-Unterstützung beinhaltet Sicherheits-Patches und Fehlerbehebungen und adressiert den Bedarf an Computing-Systemen mit langem Lebenszyklus für sichere und nachhaltige Automationsprojekte. In Zusammenarbeit mit führenden Industrieunternehmen wie Codethink, Hitachi, Plat’Home, Renesas, Siemens und Toshiba sorgt Moxa im Rahmen des von der Linux Foundation geführten CIP-Projekts (CIP: Civil Infrastructure Platform) dafür, dass eine Open-Source-Plattform entsteht, mit der sich IoT-fähige zivile Infrastrukturen sicher, zuverlässig skalierbar und nachhaltig verwalten und überwachen lassen. 
 

Sichere Plattform

Die Gateways der UC-Serie sind die einzigen ARM-basierten Computer, die TPM v2.0 unterstützen. Das Zusammenbringen von TPM und ARM-basierten Computern gibt Systemintegratoren und Industrie-Ingenieuren ein leistungsstarkes neues Werkzeug in ihrem Sicherheitsarsenal. Dadurch, dass ein spezifischer kryptografischer Schlüssel für jedes einzelne Gerät erstellt wird, der außerdem innerhalb der Plattform selbst fest codiert ist, werden die auf dem Computing-System gespeicherten Daten gesichert und vor unautorisiertem Zugriff geschützt. Des Weiteren kann das Betriebssystem davor geschützt werden, dass es überschrieben wird. Das sichert Edge-Geräte und Daten in verteilten Gebieten ab. Die Security Utility kann dazu genutzt werden, den Schutzmechanismus auf der Moxa Industrial Linux-Plattform aufzubauen, um Cybersecurity-Anforderungen zu erfüllen. Diese Security Utility wurde entsprechend Moxas Entwicklungsleitlinien für Cybersecurity entwickelt, welche die Konformität mit dem IEC-62443-4-2-Standard und den aktuellen ICS-CERT-Alerts sicherstellt. So kann der Anwender den Sicherheitsschutz für seine Systeme und Anwendungen wunschgemäß anpassen.  
 

Einfache Konnektivität bis zur Cloud

Weiter unterstützen die Gateways der UC-Serie eine Vielzahl von Protokollen, wie serielles CAN, Ethernet, Wi-Fi und NB-IoT. Sie sind 4G-LTE-bereit und verfügen über die Verizon-/AT&T-Zertifizierung sowie die Industriezertifizierungen CE/FCC/UL. Die Edge-seitige Software ‚ThingsPro‘ beschleunigt Konfiguration, Datenerfassung (DAQ) sowie Geräteverwaltung. Darüber hinaus ermöglicht die Software die Modbus-Konnektivität für die Datenerfassung und -verarbeitung sowie MQTT-Unterstützung für die einfache Edge-zu-Core-Datenübertragung. RESTful- und Modbus-APIs sind zur Implementierung aller ‚ThingsPro‘-Gateway-Soft-warefunktionen in IIoT-Anwendungen verfügbar.

Die meisten IIoT-Gateway-Lösungen haben Edge-seitige Vorverarbeitungswerkzeuge, die eingebaute Schnittstellen zu Clouddiensten besitzen. Damit lässt sich die Entwicklung von IIoT-Anwendungen beschleunigen. 

Auch die Moxa-Gateways der UC-Serie bieten eine einfache Konnektivität in die Cloud. Sie sind die ersten Azure-IoT-Edge-zertifizierten ARM-basierten Computer. Insbesondere Anwender, die mit Linux-Plattformen arbeiten, profitieren auf vielfältige Weise von der Integration von Azure IoT Edge in die IIoT-Gateways. Die Vorteile schließen sichere dezentrale Verbindungen ein, um die Installation an Außenstellen zu ermöglichen, sowie Konnektivität, um es bestehenden Industriebranchen zu ermöglichen, Daten mit der Cloud zu teilen, und um Geräteverwaltung sowie Produkt-Langlebigkeit zu erzielen, damit die Kunden ihre IIoT-Anwendungen installieren, skalieren und warten können.
 

Gateways der nächsten Generation

Das Wireless IIoT-Gateway ‚UC-8200‘ ist für verschiedene komplexe Kommunikations­lösungen einsetzbar.

© Moxa

Auf der Embedded World stellt Moxa sein neues Wireless IIoT-Gateway ‚UC-8200‘ vor. Es ist mit dualen seriellen RS232/ 422/485-Ports, dualen 10/100/1000-Mbps-Ethernet-Ports, einem CAN-Port sowie dualer Mini-PCIe-Schnittstelle für Wi-Fi-/Mobilfunkmodule für eine Vielzahl von komplexen Kommunikationslösungen einsetzbar. 

Das Gateway basiert auf dem ARM-Cortex-A7-Dual-Core-Prozessor. Flexible Schnittstellenoptionen machen es zum zuverlässigen und sicheren Gateway für Datenerfassung und -verarbeitung im Feld und zur nützlichen Kommunikationsplattform in großflächigen Installationen. Die ausgiebig in Prüfkammern getesteten LTE-Modelle sind mit erweiterten Betriebstemperaturen erhältlich.

Autor: Matthew Lee ist Produkt-Manager bei Moxa.