3 Fragen an... Congatec

»Mit Edge Computing werden Netzwerkressourcen geschont«

Martin Danzer, Congatec
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Welche Leistungsanforderungen an die Hardware gilt es bei Edge Computing zu beachten? Welche Rolle spielt Security und welche Bereiche müssen abgesichert werden? Antworten liefert Martin Danzer von Congatec.

Martin Danzer ist Director Product Management bei Congatec und studierte Elektrotechnik an der Technischen Hochschule Deggendorf. Seit über 20 Jahren hat er Erfahrung im technischen Service, der Entwicklungsleitung und im Produktmanagement für Computer-on-Modules, inklusive seiner Zeit bei Kontron und JUMPtec.

Durch das Industrial Internet of Things fallen immer mehr Daten an, die es zu bewältigen gilt. Es gilt, dieser Datenkomplexität Herr zu werden. Welche Rolle spielt dabei Edge Computing?

Danzer: Edge Computing ermöglicht eine unmittelbare Verarbeitung der Daten am Ort der Datenentstehung, also am Rande des Netzwerks und ist damit eine Alternative zu klassischen Cloud-Lösungen. Damit die gesammelten Daten auch sinnvoll für Analysen und Ableitungen verwendet werden können, müssen diese Daten verarbeitet werden. Bisher wurde dies aufgrund der erforderlichen CPU-Performance in zentralen Rechenzentren durchgeführt. Dies war vor allem dann auch notwendig, wenn die Daten per KI ausgewertet werden sollten, z.B. mittels Deep Learning-Algorithmen. Moderne CPU-Generationen verfügen mittlerweile über genügend Leistung und eingebaute Beschleunigungstechnologien, um die Auswertung der Daten direkt dort vorzunehmen, wo sie erfasst werden. Mit Edge Computing werden die Ressourcen des Netzwerks geschont und Ergebnisse können ohne großen Zeitverzug zurückgemeldet werden. Der Trend geht also aktuell, weil es der Technikfortschritt erlaubt, in die Richtung einer dezentralen Struktur. Dies spart Netzwerk-Bandbreite da keine bzw. nur sehr wenige Daten zwischen der Edge Einheit und zentralen Servern geschickt werden müssen. Die Datenverarbeitung erfolgt hierbei unabhängig von der Verfügbarkeit von High-Speed Anschlüssen und ist nicht auf allzeit zuverlässige Internetverbindungen angewiesen. Zusätzlich erlaubt das eine schnelle und einfach Skalierung indem relativ günstig weitere Edge Punkte in die Netzwerke integriert werden können.

Skalierbares Edge Computing eignet sich daher vor allem für Applikationen bei denen große Datenmengen verarbeitet werden müssen und bei denen nur minimale Latenzzeiten erlaubt sind. Dies spielt bei vielfältigen Einsatzbereichen eine zunehmende Rolle, wie etwa Collaborative Computing, autonomes Fahren, Fabrik- und Gebäudeautomatisierung und generell im Industrial IoT.

An der Edge werden Sensordaten vorausgewählt, Softwareapplikationen abgearbeitet oder gar KI-Berechnung durchgeführt. Was sollten Anwender in Bezug auf die Edge-Software-Landschaft beherzigen? Welche Technologien sollen/müssen unbedingt berücksichtigt werden?

Danzer: Um die Software möglichst effektiv laufen lassen zu können, sollten die Applikationen auf die Features der CPU angepasst sein und die richtigen Frameworks verwenden, damit die Software auch das volle Potential der neuen CPU-Generationen ausnutzt. Zudem ist es häufig so, dass Edge Devices mehrere Aufgabengebiete haben, z.B. das Sammeln der Sensordaten und zugleich deren Aufbereitung, Darstellung sowie die Übertragung der gewonnenen Daten über geschützte Datenverbindungen. Um zwischen diesen beiden Subsystemen möglichst wenig bis keine Störungen zu haben, bietet es sich an, Workload Consolidation mit Hilfe eines Hypervisors zu installieren. Dabei werden die Subsysteme vollständig voneinander isoliert und die Ressourcen des Systems sind klar abgetrennt und verteilt. Statt eines Betriebssystems, das nicht alle Teilbereiche gleich gut abdecken kann, wird es mit einer Multi-Core Plattform und des Real-Time Hypervisors ermöglicht, das jeweils beste Betriebssystem zu auszuwählen. Der Hypervisor verteilt die Ressourcen des Systems, bootet dann die Betriebssysteme mit den zugewiesenen Ressourcen und ist dann nicht mehr aktiv. Einschränkungen gibt es dabei keine – selbst Echtzeit-Betriebssysteme laufen damit mit unbeeinflusster Latenz.

Congatec; Firmenprofil
Congatec bietet Embedded- und Edge-Computing-Produkte und Services an.
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Darüber hinaus findet die Fähigkeit von Over-the-Air-Updates (OTA) immer mehr Beachtung, was natürlich ein hohes Maß an Sicherheit voraussetzt. Sicherheit gilt nicht nur als Voraussetzung für das Basissystem selbst, sondern auch für die gesicherte Verbindung zu Sensoren und Aktoren, damit auch hier lokale Angriffsvektoren eliminiert werden.

Mit den Aufgaben wachsen die Anforderungen an die Hardware. Auf was sollten Anwender bei der Auswahl der passenden Edge-Computing-Hardware achten?

Danzer: Die Leistungsanforderungen an die Hardware müssen im Rahmen der Konzept- und Entwicklungsphase sorgfältig analysiert werden. Anwender müssen sich frühzeitig ein klares Bild über die konkreten Einsatzbedingungen, die notwendige Rechenperformanz, die geforderte Langlebigkeit und Langzeitverfügbarkeit der Hardware verschaffen. Das Modulkonzept ermöglicht eine einfache und effektive Skalierung bei steigenden Anforderungen. Daher sollte bei der Auswahl darauf geachtet werden, dass zum einen alle benötigten Interfaces unterstützt werden, zum anderen auch ausreichend Skalierungs-Potenzial vorgehalten wird. Dabei müssen auch die Umweltbedingungen beachtet werden, dem das System später ausgesetzt sein wird. Eine kommerzielle Plattform mit einem Temperaturbereich von 0 bis 60 °C ist eventuell nicht ausreichend, wenn das Edge-System Outdoor eingesetzt werden soll. Auch ist die maximale physikalische Größe des geplanten Systems ausschlaggebend. Mit COM-Express und COM-HPC können mit diversen Abstufungen unterschiedlichste Größen realisiert werden. Gegebenenfalls müssen hier Prioritäten gesetzt werden, um die Ideale CPU-Plattform auf dem Idealen Form Faktor zu finden.

Mit Computer-Modulen, je nach Leitungsbedarf SMARC, COM Express oder COM-HPC, ist es möglich hohe Betriebszuverlässigkeit in anspruchsvollen Umgebungen, Skalierbarkeit, Upgrade- und Erweiterungsmöglichkeiten mittels kompakter Formfaktoren zu realisieren. Damit sind Kunden auch für künftig steigende Anforderungen bestens gerüstet.

Martin Danzer und Congatec im Kurzprofil

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Congatec; Systemanwendungen; Industrie
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