Das industrielle IoT Fragmentierung bringt große Herausforderungen mit sich

Auch wenn die Vernetzung von Maschinen und Dingen nicht wirklich neu ist: Das Ausmaß, über das heute geredet wird, bringt eine Komplexität mit sich, die es zu beherrschen gilt.

Bei der heute angedachten Vernetzung wird alles vernetzt, um eine völlig neue Stufe der Leistungsfähigkeit und Betriebskapazität erreichen. In diesen Netzen gibt es Gateways, Edge-Devices, smarte Sensoren, „dumme“ Sensoren, End-Nodes – sogar lokale Server, die alle zu einem gewissen Grad Daten sammeln, zusammenfassen, verarbeiten und übermitteln. Dazu kommen auch noch Experten, die Probleme in speziellen Gebieten adressieren, wie kommerzielle Middleware-Anbieter, Anwendergruppen und Konsortien, die sich Kommunikations-Protokollen widmen, aber auch Cloud-Anbieter, Halbleiterfirmen und Anbieter von Sicherheitslösungen.

Damit ist die Fragmentierung aber bei Weitem noch nicht ganz beschrieben, denn nicht nur die Anzahl der vernetzten Geräte steigt, sondern auch die Typenvielfalt der Geräte, was wiederum dazu führt, dass sich die IoT-Topologien weiterentwickeln. In der Summe hat das zur Folge, dass die Einführung eines IIoT-Systems mittlerweile so komplex ist, dass sie ein echtes Problem darstellt.

Fragmentierung, so weit das Auge reicht

Eine kürzlich veröffentlichte Studie von Penton Media hat ergeben, dass Sicherheitsbedenken an Platz 1 und 2 stehen, wenn es um die größten Hindernisse bei der Einführung eines IIoT-Systems geht (Bild 1). Der Rest der genannten Hindernisse ist aber ebenfalls mit der Fragmentierung des IIoT verbunden, denn genau diese Fragmentierung kann dazu führen, dass das Risiko und die Kosten steigen, Ressourcen verschwendet und Geschäftsmöglichkeiten verpasst werden. Aber klar: Wie kann eine Person oder Firma alles über die vielen verschiedenen Lösungsansätze wissen?

Hinzu kommt noch, dass es in verschiedenen Bereichen noch Lücken gibt und es an Standards mangelt. Wobei es sich wenigstens abzeichnet, dass sich die Industrie auf bestimmte Standards einpendelt, wie Message Queue Telemetry Transport (MQTT) für Verbindungen, die auf dem TCP/IP-Protokoll aufbauen, und HTTPS für sichere Verbindungen über HTTP.

Obligatorisch!

Wenn die Industrie trotz Fragmentierung IIoT-Systeme implementieren will, müssen folgende Probleme gelöst werden:

Gerätemanagement: Ein umfassendes Gerätemanagement ist eine Kernvoraussetzung für jede IIoT-Strategie (Bild 2). Unterm Strich geht es darum, wie wir es den Nutzern ermöglichen, alle vernetzten Geräte in einem gegebenen IIoT-System einfach und effektiv zu verwalten. Dabei geht es um Fragen wie die, wie es sich beispielsweise sicherstellen lässt, dass alle vernetzten Geräte berechtigt sind, auf die Cloud-Infrastruktur zuzugreifen. Aber auch darum, wie selbst relativ leichte Aufgaben wie das Konfigurieren eines Geräts für den Basisbetrieb (Benennung, Setzen der lokalen Sprache und Zeitzone etc.) und das Ausführen grundlegender Steuerbefehle wie Remote-Reset, Konfigurations-Download und Wiederherstellen der Werkseinstellungen durchgeführt werden.

Dazu kommen natürlich noch komplexere Aufgaben, wie Geräte-Updates und -Wartung. In diesen Bereich fallen beispielsweise Application-Enablement, Updates des Betriebssystems und Patches, Firmware-Rollbacks und Fleet-Rollouts. Und nicht zu vergessen: Security ist bei allem ein absolutes Muss.

Unbekannte oder wechselnde Clouds: Wenn man mit den Herstellern von Geräten oder Equipment redet, die ihre Produkte an den Endkunden verkaufen, ist eines klar: Sie können nicht vorhersagen, in welche Cloud ihr Equipment schlussendlich integriert wird. Nehmen wir zum Beispiel eine Firma, die Robotertechnik an Automobilhersteller verkauft. Verwenden alle Automobilhersteller die gleiche Cloud? Möglich, aber unwahrscheinlich. Und selbst wenn die Cloud anfänglich noch feststeht, diese Entscheidung kann sich im Laufe der Zeit trotzdem ändern. Das führt zu mehreren Fragen: Wie entwickle und produziere ich mein Equipment so, dass es in jede mögliche Cloud-Umgebung integriert werden kann? Wie abhängig bin ich von Embedded-SDK-Komponenten, die der Cloud-Anbieter zur Verfügung stellt? Wie kann ich die Wiederverwendung meines Investments maximieren? Fragmentierung pur!

Skalierbarkeit und Wiederverwendbarkeit: Aufgrund der Komplexität, der Verschiedenartigkeit von Geräten und den entstehenden Topologien gibt es kein Standardverfahren für die Implementierung von IoT-Architekturen. Grundsätzlich gibt es für jedes Gerät eine andere Zielplattform, die eine spezifische Implementierung erfordert. Um diesen Punkt zu verdeutlichen, werfen wir einen Blick auf Bild 3. Hier haben wir eine grundsätzliche Darstellung einer IIoT-Infrastruktur. Die hellblaue Box stellt zum Beispiel einen Smart Sensor dar, die grüne Box ist ein Gateway und die braune Box ist eine Steuerung. Weil jedes Gerät einen spezifischen Zweck und eigene Anforderungen hat, wird jedes dieser Geräte zum Einzelfall.

Der Smart-Sensor basiert vielleicht auf einem ARM Cortex-M4 mit einem Open-Source-RTOS als vorgesehenes Betriebssystem. Das Gateway benötigt hingegen alle Möglichkeiten eines kommerziellen Linux auf einem x86-Anwendungsprozessor. Und die Steuerung benötigt unter Umständen ein sicherheitszertifiziertes Betriebssystem wie Mentors Nucleus-RTOS, das auf einem ARM Cortex-A53 läuft. 

In jedem dieser Geräte müssen unabhängig von Betriebssystem, Prozessorarchitektur oder Prozessorklasse ähnliche Funktionen integriert werden, einschließlich Gerätemanagement, Cloud-Back-End-Integration und Security. Als Folge davon wird jedes vernetzte OEM-Gerät jedes Mal zu einer speziell angefertigten kundenspezifischen Implementierung. Das Ziel sollte aber ein Ansatz sein, der sich über verschiedene Plattformen skalieren lässt, die Code-Wiederverwendung maximiert und die Überarbeitungen der verschiedenen Systeme minimiert.