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Customized IoT Gateways in der Industrie

Das IoT Gateway als Digitalisierungs-Agent

Grossenbacher Systeme
Customized IoT Gateways stehen im Zentrum digitalisierter Automatisierungssysteme auf IoT-Basis.
© Grossenbacher Systeme

Eine IoT-Anbindung gehört für immer mehr Maschinen und Anlagen zum Standard. Produkte dafür müssen sicher und supportarm sein sowie weltweit flächendeckend Internetverbindungen herstellen und Betriebsdaten in Clouds speichern können. Die Anforderungen an IIoT Gateways sind deshalb beträchtlich.

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Roger Hügli, Grossenbacher Systeme
© Grossenbacher Systeme

Ob Betriebsstundenzählung, Sammlung umfassender Nutzungs- und Maschinendaten für Predictive Maintenance, Remote Updates oder Fernsteuerung – die Einsatzbereiche und die sich daraus ergebenden Anforderungen an IoT Gateways sind so vielfältig wie die möglichen Wireless-Techniken zur Internet-Anbindung. Schon diese Tatsache verdeutlicht, dass die Entwicklung solcher Komponenten für die meisten Maschinenbauer jenseits ihrer Kernkompetenz liegt. Der Einkauf bei spezialisierten Anbietern wie etwa Grossenbacher Systeme liegt deshalb nahe. Doch selbst die Auswahl des passenden IoT Gateways ist alles andere als trivial.

Die Komplexität, die für Entwicklung, Auswahl und Einsatz von IoT Gateways kennzeichnend ist, lässt sich an einer ganzen Reihe von Faktoren festmachen. Der erste betrifft Art und Umfang der zu sammelnden Daten sowie den gewünschten Steuerungsumfang. Die zweite Kernfrage ist die nach der Internet-Verbindungstechnik sowie ihrer regionalen Verfügbarkeit und erzielbaren Bandbreite. Allein die oft sinnvolle Integration unterschiedlicher Funktechniken und deren weltweiter Einsatz – Stichwort Roaming – kann eine Herausforderung technischer und administrativer Art darstellen. Aus Datenmenge und Bandbreite leitet sich die Frage ab, ob das Gateway über eine Edge-Funktion zur Vorverarbeitung der Daten verfügen sollte. Ist das der Fall, können künstliche Intelligenz und Machine Learning auch in modernen Embedded-Systemen zum Thema werden. Das Maß an Intelligenz entscheidet gemeinsam mit der Schnittstellen-/Sensorik-Ausstattung und der gewählten Funktechnik darüber, ob Batteriebetrieb zumindest möglich wäre.

Mit energieeffizienter Embedded Hardware und bei Nutzung von Low-Power-Netzwerken für die Kommunikation wären derartige batteriebetriebene Produkte durchaus eine Option. Das gilt vor allem für weniger komplexe Maschinen, die sich mit einer geringeren Zahl von Datenpunkten überwachen lassen. Hier gewinnen unabhängig von der Stromversorgung Wirtschaftlichkeitserwägungen die Oberhand: Existiert nur eine begrenzte Menge von Datenpunkten, muss das IoT Gateway dies preislich widerspiegeln – was eine zusätzliche Herausforderung darstellt: Eine sichere Remote-Update-Funktion wie in Linux-basierten Gateways in einem Mikrocontroller- bzw. Firmware-basierten und deshalb kostengünstigeren System zu realisieren ist alles andere als trivial. Hierfür müssen Unternehmen, wie bei Grossenbacher Systeme der Fall, mehrere Kompetenzbereiche zugleich beherrschen: die Integration von Sensorik und Wireless-Netzwerken, die sichere Kommunikation mittels Mikrocontrollern etwa auf TLS-Basis und schließlich die Integration des Microsoft Azure IoT Frameworks.

Zentrale Aufgabe eines IoT Gateways ist natürlich die Übertragung der Daten von und zur Cloud. Geleistet wird sie von Kommunikationsmodulen, die es für diverse Kommunikationsstandards gibt. Von besonderer Bedeutung ist zusätzlich die Wahl des Roaming-Anbieters, entscheidet sie doch darüber, ob und inwieweit eine weltweite Datenübertragung möglich ist. Will man mehrere Techniken wie LTE, CAT-M1 und NB-IoT nutzen können, so muss der Datenverkehr an deren Möglichkeiten angepasst werden – Remote Updates sind unter Umständen nicht in allen Fällen möglich. Übrigens empfiehlt es sich nach Erfahrung von Grossenbacher Systeme, weiterhin auf klassische SIM-Karten statt auf die moderneren eSIM-ICs zu setzen. Der Grund liegt in der größeren Flexibilität beim Anbieterwechsel: Der Wechsel einer SIM-Karte ist verglichen mit einem Austausch der eSIM ein Kinderspiel – gerade im Feld und bei langer Einsatzdauer der IoT Gateways.

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  1. Das IoT Gateway als Digitalisierungs-Agent
  2. Cloud oder individuelle Datenhoheit?

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