Router sind die Kommunikationsschnittstelle, mit der Maschinen, Anlagen und andere Geräte am modernen Netzwerkverkehr teilnehmen. Derzeit sind diese Geräte vor allem dafür zuständig, verschiedene Peripherien wie Steuerungen, Sensoren oder Relais anzubinden und Daten aus Anwendungen sicher an mobile Endgeräte, kundenspezifische Infrastrukturen oder Cloud-Dienste zu übertragen. Zudem ermöglichen Router den Fernzugriff auf Anwendungen.
Möchten Fachkräfte, Ingenieure und Entscheider im Planungs- und Entwicklungsprozess moderner IoT-Anwendungen (Internet of Things) von den Daten, die sie aus den Anwendungen erhalten, auch hinsichtlich Datenverarbeitung und -speicherung profitieren, haben sie bisher zwei Möglichkeiten. Sie können einen ausgewachsenen Industrie-PC und andere zusätzliche Hardware verwenden, um die Daten direkt vor Ort zu verarbeiten. Das ist jedoch mit Mehrkosten verbunden, die für zusätzliche Geräte anfallen. Hinzu kommt, dass diese mehr Platz im Schaltschrank einnehmen und über eines der vielen, verschiedenen Protokolle angebunden werden müssen.
Die zweite Möglichkeit ist, alle gewonnenen Daten in die Cloud zu senden, um die Verarbeitung und Visualisierung der Daten dort zu erledigen. Hierbei stellt sich die Frage, ob eine Cloud-Anbindung für die Anwendung überhaupt Sinn ergibt. Werden geringe Latenzzeiten erwartet oder müssen Daten in Echtzeit zur Verfügung stehen, ist die Cloud nicht das beste Mittel der Wahl. Außerdem steht die Frage der Sicherheit im Raum, da bei Cloud-basierter Verarbeitung die Transportstrecke zu einem externen Rechenzentrum beziehungsweise entfernten Servern einen nicht zu unterschätzenden Risikofaktor darstellt. Zudem können bei einem unvorhergesehenen Abbruch der Internetverbindung überhaupt keine Daten in die Cloud gesendet werden, da oftmals keine Redundanzmöglichkeiten bestehen. Cloud-Computing allein reicht also in der heutigen Situation nicht aus.
Linux-Umgebung integrieren
Die Herausforderungen der heutigen IoT-Welt lassen sich durch den Einsatz intelligenter Geräte lösen. Router werden zu Smart Devices, wenn neben einer sicheren Kommunikationsanbindung eine virtuelle Umgebung integriert ist, zum Beispiel eine Linux-Umgebung. Damit wird die Rechenleistung, aber auch Anwendungen, Daten und Services an die logische Randstelle des Netzwerks, die sogenannte Edge, verlagert. Dieses System ist nicht nur leicht zu installieren, zu nutzen und zu administrieren. Es gibt den Smart Devices auch die erforderliche Intelligenz, ihren angestammten Aufgabenbereich zu erweitern – zum Beispiel mit Netzwerk-Anwendungen wie DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) oder DNS (Domain Name System).
Ein Vorteil ist zudem, dass bisher benötigte Hardware wie eine Steuerung platz- und kostensparend virtualisiert werden kann: Die Laufzeitumgebung einer virtuellen SPS kann in die Linux-Umgebung integriert werden und übernimmt die Steuerungsaufgaben der angeschlossenen Peripherien. Aber auch Anwendungsdaten lassen sich direkt auf dem Router – zwischen Datenquelle und Cloud – erfassen, verarbeiten, speichern und auf einem Dashboard visualisieren. Dafür wird im Gegensatz zum Cloud-Computing keine ständige Internetverbindung benötigt. Gebühren für die Kommunikation, vor allem bei international verteilten Applikationen – wenn also Maschinen an weltweit verteilten Standorten des Kunden stehen –, können auf diese Weise niedrig gehalten werden.
Für die Kommunikationsanbindung abgesetzter Stationen, wie zum Beispiel Wasserpumpen eines Frischwasserreservoirs, liegt es ebenso nahe, die sogenannte Processing-Power direkt dort zu platzieren. Da in solchen Fällen meist kein IT-Fachpersonal vor Ort zur Verfügung steht, bieten intelligente Router auch einen sicheren Remote-Zugriff auf die Anlage zum Fernwarten und Fernwirken. Viele Router haben bisher aber nur Kommunikationsfunktionen in eine Richtung. Anders die intelligenten Router oder Smart Devices von Insys Icom: Sie ermöglichen nicht nur einen Remote-Zugriff, sondern parallel auch ein Condition Monitoring, also die Überwachung von Werten. Das bedeutet, auch wenn ein Fernzugriff auf die Anwendung erfolgt, läuft gleichzeitig das Condition Monitoring ohne Unterbrechung weiter.
Konfigurieren per App
Das Fernwarten ebenso wie das Überwachen der Anwendungen lassen sich dabei ohne spezielle Programmierung der Router umsetzen. Die Software dafür läuft auf der integrierten Linux-Umgebung des Routers. Die Apps dafür, bei Insys Icom zum Beispiel die Monitoring App oder die Icom Data Suite, sind so gestaltet, dass der Nutzer seinen Router mit wenig Aufwand konfigurieren kann. Alle Überwachungs- und Störmeldefunktionen können in der App realisiert und bei Bedarf vom Kunden selbst angepasst werden. Damit können auch Datenpunkte von Steuerungen, Sensoren und anderen Geräten protokollunabhängig angebunden werden. Die Router und Device Apps von Insys Icom unterstützen viele Protokolle, unter anderem SMS, HTTP, MQTT oder auch Modbus, was in Zeiten von Multiprotokollumgebungen wichtig ist. Sie können aber auch weitere „Übersetzer“ in Form von Hardware oder Software – sogenannte Application Connectors – einsetzen, um Feldgeräte oder Kundenanwendungen über viele weitere Protokolle anzubinden.
Ein Vorteil der Apps auf den Smart Devices ist auch die Vorintegration von Cloud-Services. Router von Insys Icom binden beispielsweise Cumulocity oder die Cloud der Dinge der Deutschen Telekom per Plug ‘n‘ Play an und sind folglich schnell einsatzbereit. Vorverarbeitete Daten lassen sich so an diese oder über MQTT auch an weitere Cloud-Services oder kundenindividuelle Infrastrukturen zum Weiterverarbeiten oder Visualisieren übertragen. Anwendungen können natürlich auch direkt aus der Cloud oder über MQTT und SMS gesteuert werden.
Eine Kombination aus Edge- und Cloud-Computing ist häufig die beste Wahl: Ein Flaschenhals in der Cloud kann vermieden werden, indem Daten dicht am Ort ihrer Entstehung vorverarbeitet und nur die abgeleiteten Erkenntnisse in die Cloud zum weiteren Verarbeiten gesendet werden. Das ist besonders bei datenintensiven Anwendungen oder prozesstechnisch kurzfristigen Reaktionszeiten, zum Beispiel beim Handling von Waren mittels RFID-Labels, empfehlenswert. Wird jedes Label fortwährend mit einer zentralen Cloud abgeglichen, kann das bei Ausfall der Datenübertragung oder Cloud einen Stopp in einem automatisierten Prozess bedeuten. Besser wäre die zu verarbeitenden Labels täglich aus einer Zentrale zu übermitteln, diese vor Ort im Router abzugleichen und dann eine Ergebnisliste zurückzusenden. Nur in Ausnahmefällen erfolgt ein direkter Zugriff zur oder von der Cloud. Auf diese Weise ist die zentrale Leitstelle immer über alle Vorgänge informiert, erlaubt aber eine Autonomie und sichert die Produktivität. Denn mit Edge-Computing wird das Ausfallrisiko minimiert und Übertragungskosten reduziert, aber auch Rechenressourcen und Personal geschont.
Intelligente Router für IoT-Anwendungen
Daten lassen sich mithilfe von Smart Devices an unterschiedlichen Stellen verarbeiten: direkt vor Ort (Edge-Computing), in der Cloud oder in zentralen Servern des Kunden. Der Einsatz von Smart Devices, etwa von Routern mit integrierter Linux-Umgebung, schafft eine gewisse Flexibilität bei der Gestaltung von Anwendungen. Denn diese modernen Router ermöglichen beide Architekturen und verhindern bei Systemabsturz oder Internetausfall den Verlust der Daten. Durch die Linux-Umgebung ist es zusätzlich möglich, Hardware, wie zum Beispiel Steuerungen, zu virtualisieren und deren Aufgaben zu übernehmen – etwa die Steuerung von Peripherien. Da das Platz und Kosten spart, wird es auch zukünftig vermehrt in modernen IoT-Anwendung umgesetzt werden.
