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IoT-Gateway für die Cloud-Vernetzung nutzen

Das IoT-Gateway ist die zentrale Stelle, um IoT-Systeme miteinander zu verbinden. Lesen Sie mehr über die Vorteile und Anwendungen, die sich durch ein IoT-Edge-Gateway ergeben.

Mit wachsender Popularität des Internet of Things (IoT) entstehen Milliarden von vernetzten Geräten. Deshalb dürfte eine der kritischsten Komponenten künftiger IoT-Systeme ein sogenanntes IoT-Gateway sein. Unter anderem aggregiert ein IoT-Gateway Sensordaten, übersetzt zwischen Sensorprotokollen und verarbeitet Sensordaten, bevor es sie weitersendet.

Wie wichtig IoT-Gateways sind, wird deutlich, wenn man die explosionsartige Zunahme vernetzter Dinge im Laufe der letzten Jahre betrachtet. Unzählige Protokolle, Konnektivitätsmodelle und Energieprofile sowie die hochgradig verteilten IoT-Systeme erfordern Gateways, die diese komplexen Umgebungen verwalten, steuern und kontrollieren.

Nehmen Sie einmal den Anwendungsfall eines IoT-vernetzten Bürogebäudes. Sensoren sind das IoT-Äquivalent zu unseren fünf Sinnen. Doch statt fünf Sinne gibt es Hunderte oder Tausende Sensoren mit Dutzenden von unterschiedlichen Funktionen. Diese messen zum Beispiel Temperatur, Licht, Geräuschpegel, Teilchen in der Luft, die Position von Menschen und Equipment oder überwachen den Betrieb von Gebäude- und Sicherheitssystemen oder Fertigungsmaschinen. Doch bei IoT geht es nicht allein um Sensorik, sondern ebenfalls um die Steuerung von Systemen. So können vernetzte Systeme das Licht, Klimaanlagen oder Netzwerke ein- und abschalten.

Jedes dieser IoT-Geräte kann für die Vernetzung unterschiedliche Protokolle nutzen, zum Beispiel Wi-Fi, Bluetooth, serielle Ports (etwa RS-232), Ethernet, Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) oder Zigbee. Und möglicherweise verbinden sie sich mit verschiedenen Steuerungsumgebungen und verfügen über unterschiedliche Modelle für Management und Sicherheit.

Aufgrund der zunehmenden Verbreitung von vernetzten Geräten und Protokollen sowie wachsender Anforderungen ist es häufig nicht möglich, dass sich Komponenten individuell wieder mit den Systemen verbinden, die ihre Daten benötigen. Einige Sensoren und Controller benötigen nur sehr wenig Energie und unterstützen keine energieintensiven Protokolle wie Wi-Fi oder Bluetooth. Daher können sie sich nicht direkt verbinden. Einige andere Edge-Geräte erzeugen so viele Daten, dass die Datenmenge insgesamt riesig und in der Rohform nicht sehr wertvoll ist.

Das IoT-Edge-Gateway kommt ins Spiel

IoT-Gateways übernehmen eine Reihe kritischer Funktionen, wie Gerätekonnektivität, Protokollübersetzung, Datenfilterung und -verarbeitung, Sicherheit, Updates, Management und vieles mehr. Neuere IoT-Gateways dienen auch als Plattformen für Anwendungscode, der Daten verarbeitet und zum intelligenten Bestandteil eines Systems wird, das für Edge-Geräte bereit ist.

IoT-Gateways sitzen am Schnittpunkt zwischen Edge-Systemen – vernetzte Geräte, Controller und Sensoren – und der Cloud.

Abbildung 1: Die Gateways sind zwischen den IoT-Gräten und der Cloud positioniert.
Abbildung 1: Die Gateways sind zwischen den IoT-Gräten und der Cloud positioniert.

Die Position eines Gateways im IoT-Ökosystem

Traditionelle Netzwerk-Gateways haben überwiegend Aufgaben wie Protokollübersetzung und Gerätemanagement übernommen. Es waren keine intelligenten, programmierbaren Geräte, die eine ausführliche und komplexe Verarbeitung von IoT-Daten durchführen konnten. Bei den heutigen klugen IoT-Gateways – von Unternehmen wie Dell Technologies, Wind River/Intel, Nexcom und anderen – handelt es sich um ausgewachsene Computing-Plattformen, auf denen moderne Betriebssysteme laufen (zum Beispiel Linux oder Windows). Diese Systeme werden mitunter auch als intelligente Gateways oder Edge Gateways bezeichnet. Allerdings gibt es keine eindeutige Grenze, und der Markt für nicht intelligente Gateways dürfte in den kommenden Jahren weitgehend irrelevant werden.

IoT-Gateways der nächsten Generation eröffnen enorme Chancen, die Verarbeitung näher an den Edge zu verlagern. Das verbessert die Reaktionsfähigkeit und unterstützt neue Betriebsmodelle. Betrachten Sie den genannten Anwendungsfall mit den Gebäudesystemen: ein für das Gebäudemanagement zuständiges Unternehmen kann Millionen von Quadratmetern Büro- und Industrieflächen von einem Remote-Standort aus steuern. Dazu nutzt die Firma ein verteiltes IoT-Netzwerk von Sensoren und Controllern, das über die Cloud verbunden ist. Aber alle allgemeinen Informationen zu übertragen, die die Sensoren aus Dutzenden von Einrichtungen und Anlagen melden, würde die Systeme in der Zentrale des Unternehmens schnell überfordern. Relevant sind nur ernsthafte Probleme, ungewöhnliche Bedingungen in der Umgebung und weitere Faktoren, die Aufmerksamkeit erfordern.

Das Hinzufügen von IoT-Edge-Gateways mit vollständiger Onboard-Verarbeitung würde es den Gateways erlauben, Routineinformationen auszufiltern und die Alarme, die geprüft werden müssen, passieren zu lassen. Darüber hinaus können diese Gateways ihre eigenen Datenanalysen und -operationen durchführen – etwa indem sie feststellen, dass die Temperatur in einem Teil des Gebäudes zu hoch ist. Mit diesem Einblick sind sie dann in der Lage, eigenständig Maßnahmen zu ergreifen, zum Beispiel das Einschalten der Klimaanlage oder der Lüftung.

Jüngste Produktankündigungen von Wind River und Dell zeigen, wohin die Marktentwicklung geht. Wind River (eine Intel-Tochter) liefert eine Gateway-Plattform – Wind River Intelligent Device Platform XT – als Teil seines Helix-Portfolios von IoT-Systemen. Mit dieser Plattform können OEMs ihre eigenen Gateway-Geräte bauen, die an ihre speziellen Bedürfnisse angepasst sind.

Die 5000er Serie von Dells Edge Gateway, im Oktober 2015 angekündigt, ist ein schlüsselfertiges Gerät, das mehrere Anwendungsfälle abdeckt und für Firmen gedacht ist, die keine eigenen Gateways bauen wollen. Die Gateways von Dell werden mit der Wind-River-Plattform ausgeliefert, genauso wie viele andere der neueren IoT-Gateway-Plattformen.

Dell glaubt, dass seine Gateways die Nutzer bei drei wichtigen Anwendungsfällen überzeugen: industrielle Automatisierung, Gebäudeautomation und Transport. Zu Dells ersten Kunden gehört Eigen Innovations, ein Anbieter von intelligenten Industrial-Vision-Systemen. Die Infrarotsensoren von Eigen erkennen Qualitätsprobleme bei der Fertigung und Montage. Die Daten werden an das IoT-Gateway von Dell übertragen, auf dem eine Rules Engine läuft. Bei erkannten Problemen lässt sich das Werk abschalten. Da Geschwindigkeit und Verfügbarkeit für die Kunden kritische Faktoren sind, nimmt die Möglichkeit, die Daten lokal zu verarbeiten und auf Qualitätsprobleme schnell zu reagieren, im Modell von Eigen einen hohen Stellenwert ein.

Diese intelligenten Edge-Gateways werden zwar gerade erst auf dem Markt eingeführt. Doch es liegt auf der Hand, dass sich etliche Vorteile ergeben, wenn sich eine vollständig programmierbare und verwaltbare Plattform in größerer Nähe zu den unterstützten IoT-Geräten befindet.

Lücke zwischen OT und IT schließen

Laut Dinyar Dastoor, Vizepräsident und Leiter Betriebssystemplattformen und IoT bei Wind River, fungiert ein IoT-Edge-Gateway auch als wichtige Brücke zwischen den Bereichen Operational Technology und IT. Auf der operativen Seite – etwa Werks- und Gebäudemanagement – liegt der Schwerpunkt auf der Bereitstellung der Geschäftsfähigkeit. Hierbei geht es darum, die Daten von ihrem Entstehungsort an Systeme zu übertragen, die sie weiterverarbeiten können. Die IT wiederum muss sich um die Sicherheit und Integrität der Netzwerke, die Wartungsfähigkeit des Systems sowie darum kümmern, wie sich alle einzelnen Komponenten verwalten lassen.

„Das große Problem sind die Menschen. Auf der Edge-Seite haben Sie Personen, die mit dem Gerät selbst verbunden sind – OT oder Operational Technology“, sagt Dastoor. „Um diese Geräte sicher mit der Welt zu verbinden, kommt auf der IT-Seite der CIO ins Spiel. Wer kann sich in die Lage des anderen hineinversetzen?“

Die Rolle des IoT-Gateways bei Sicherheit, Daten, Analytics und mehr

Um die Lücke zwischen IT und OT erfolgreich zu überbrücken, müssen IoT-Gateways die folgenden Funktionen unterstützen:

  • Vertrauenswürdige Konnektivität und Sicherheit – Sicherstellen der Integrität des Netzwerks und Systems in beide Richtungen.
  • Protokoll- und Datenbrücke – Möglichkeit, Daten zwischen Systemen mit unterschiedlichen Kommunikationsprotokollen und Datenformaten zu übersetzen und zu übertragen. Hierzu sind häufig bidirektionale Kommunikationsfunktionen notwendig.
  • Storage und Analyse – Onboard-Plattformen zur Anwendungsentwicklung und Onboard Storage, um Intelligenz und Entscheidungsfindung näher zum Edge-Gerät zu bringen.
  • Management – die Möglichkeit, den Zugriff von vernetzten Geräten auf das System bereitzustellen, zu aktualisieren und zu kontrollieren, sowie richtlinienbasierte Berechtigungen.

Die zunehmende Verbreitung von IoT-Netzwerken und komplexere Anwendungsfälle werden dazu führen, dass IoT-Gateways diese Funktionen beherrschen müssen.

Zum Beispiel werden industrielle und Produktionsumgebungen industrielle IoT-Gateways erfordern, die den hohen Anforderungen in der realen Welt gewachsen sind. Wenn Ihr Gateway ausfällt, wird Ihr gesamtes, damit verbundene System lahmgelegt. Viele Aspekte von IoT-Edge-Gateways und industriellen IoT-Gateways überschneiden sich. Aber IIoT-Gateways benötigen oft eine größere Rechenleistung und Belastbarkeit als ein IoT-Gateway etwa bei Smart Home.

Kevin Terwilliger, Advanced Experience Planning Director für gewerbliche Kunden bei Dell, hebt die Bedeutung von praxisrelevanten Anforderungen für globalen Support und Service hervor. Auf einer bestimmten Ebene ist ein IoT-Gerät tatsächlich nur eine spezielle Form eines PCs, dessen Computing- und Storage-Funktionen in einem Netzwerk ausgeführt werden. „Den Fokus auf IT-Sicherheit und Verwaltbarkeit zu legen, ist entscheidend“, meint er.

Die Autoren sind für den Inhalt und die Richtigkeit ihrer Beiträge selbst verantwortlich. Die dargelegten Meinungen geben die Ansichten der Autoren wieder und entsprechen nicht unbedingt denen von ComputerWeekly.de.

Nächste Schritte

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Artikel wurde zuletzt im März 2019 aktualisiert

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