Exploration des Edge Computing: Von den Kernprinzipien zu Edge-Computern

Edge Computing ist eine verteilte Rechnerarchitektur, die schnelle und präzise Analyse und Verarbeitung von Daten an der Quelle ermöglicht. Durch sie können unmittelbare und schnelle Reaktion zu gewährleistet werden. Dies steht im scharfen Kontrast zur zentralisierten Rechnerstrategie der Vergangenheit. Hier waren die Datenverarbeitung und Interpretation ausschließlich auf die Cloud oder ein zentrales Rechenzentrum angewiesen. Mit dem Aufkommen der KI-Technologie und der Verbreitung intelligenter Geräte nehmen Umfang und Komplexität der Daten rapide zu. Insbesondere in Bereichen wie intelligenten Lagerhäusern, bei visionären Fertigungsprozessen oder bei der Verkehrssteuerung in Smart Cities überschreiten die Anforderungen an die Datenübertragung oft die Kapazität des Netzwerks. Zusammen mit dem zunehmenden technologischen Fortschritt in industriellen Computern, Kameras, mobilen Endgeräten, Sensoren und verschiedenen IoT-Geräten nimmt die Geschwindigkeit der Datengenerierung und -sammlung weiter zu. Die alleinige Abhängigkeit von zentralen Rechenzentren kann den bestehenden Anforderungen nicht mehr gerecht werden. Deshalb hat sich Edge-Computing im industriellen Umfeld zur besten Lösung für solche Infrastrukturen entwickelt.

Typische Edge Computing Architektur kann in drei Schichten unterteilt werden: die Geräteschicht für die Datensammlung, die Edge-Schicht für die Echtzeit-Datenverarbeitung und die Cloud-Schicht für sichere Speicherung und tiefgehende Analyse.

• Geräteschicht ：Diese Schicht umfasst verschiedene Arten von IoT-Geräten, die jeweils Daten durch eingebaute Sensoren sammeln und überwachen. Zum Beispiel konzentrieren sich medizinische Instrumente in Krankenhäusern auf die Überwachung der Vitalzeichen der Patienten, während autonome Fahrzeuge Daten über Straßenbedingungen und die Dynamik anderer Fahrzeuge sammeln.
• Edge-Schicht ：Als Kern des Edge Computing ist die Edge-Schicht die am nähsten zu Datenquelle stehende Technologie. Sie ist, aufgrund des Einsatzes am Ort des Geschehens, breiter verteilt als traditionelle Cloud-Server. Sie kann Echtzeit-Datenverarbeitung und -analyse durchführen, was die Latenz signifikant reduziert. Wenn Daten eine tiefere Analyse erfordern, werden sie zur weiteren Verarbeitung in die Cloud-Schicht hochgeladen.
• Cloud-Schicht ：Obwohl Edge Computing Engpässe und Latenzprobleme bei Cloud Computing löst, ergänzen sich Cloud Computing und Edge Computing in einer vollständigen Edge Computing Architektur. Wenn die Edge-Schicht feststellt, dass einige Daten eine detailliertere Analyse erfordern, lädt sie diese Daten zur weiteren Berechnung und Speicherung in die Cloud-Schicht hoch.

1. Schnelle Reaktion und verbesserte Effizienz
   In stark automatisierten Branchen wie Fabrikproduktionslinien sind Echtzeit-Datenübertragung und Datenverarbeitung entscheidend. Durch Echtzeitüberwachung und sofortige Maßnahmen bei Maschinenanomalien wird die Produktionsausfallzeit erheblich reduziert und potenzielle Risiken minimiert.
2. Verbesserte Datensicherheit
   Um die Datensicherheit zu gewährleisten werden beim Edge Computing die meisten Daten vor Ort verarbeitet und gespeichert. Die Verschlüsselung der Daten vor der Übertragung an zentrale Rechenzentren schafft zudem ein Sicherheitspotenzial.
3. Steigerung der Produktivität
   Unternehmen können die Betriebseffizienz durch Echtzeit-Datenrückmeldung verbessern. In Kombination mit künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen kann Edge Computing eine eingehende Analyse von Betriebsdaten durchgeführt werden. So können Verbesserungspotenziale identifiziert werden um Unternehmen schnellere und effizientere Entscheidungen zu ermöglichen.
4. Ferngesteuerte Datensammlung
   Traditionelle Datensammlungsmethoden stoßen oft auf Schwierigkeiten in abgelegenen Gebieten mit instabilen Netzwerkverbindungen oder begrenzter Bandbreite. Hierunter fallen zum Beispiel Offshore-Ölfeldern oder Schiffe. Edge Computing bringt die Rechen- und Speicherfähigkeiten direkt an diese entfernten Standorte. So wird eine reibungslose Datensammlung und -übertragung zu gewährleistet.
5. Kostenoptimierung
   Die Übertragung großer Datenmengen verbraucht eine erhebliche Bandbreite und ist mit relativ hohen Setup-Kosten verbunden. Die Edge Computing Architektur ermöglicht jedoch die selektive Übertragung wesentlicher Kerndaten. Somit können die Gesamtaufbaukosten (Total Cost of Ownership) enorm gesenkt werden.

Als zentrale Systemkomponente der Edge-Schicht ist der Edge-Computer für die Verarbeitung und Analyse von Daten verantwortlich. Diese werden in der Geräteschicht gesammelt und müssen nun interpretiert werden. Um Aufgaben im Anschluss schnell und zuverlässig ausführen zu können, benötigen Edge-Computer folgende Eigenschaften:

• Hohe Robustheit
  Da Edge-Computer in unmittelbarer Nähe zur Geräteschicht positioniert sind, muss die Zuverlässigkeit im Betrieb selbst bei sich ständig ändernden und anspruchsvollen Umgebungen aufrechterhalten werden. Dies ist besonders wichtig, wenn diese Geräte extremen Klimabedingungen oder herausfordernden Umwelteinflüssen ausgesetzt sind. Ein lüfterloses Design gewährleistet Stabilität selbst in verschmutzten, staubigen oder feuchten Umgebungen. Zusätzlich sind Stoßfestigkeit und Vibrationsbeständigkeit unerlässlich, wenn in hochvibrativen Umgebungen gearbeitet wird.
• Herausragende Leistung
  Edge-Computer müssen in der Lage sein, Daten aus der Geräteschicht effizient zu analysieren und zu speichern. Dadurch wird Leistung zu einem entscheidenden Faktor. Die zunehmend komplexen Herausforderungen bei der Datenanalyse sowie die schnellen Entwicklung der KI-Technologie sind ebenfalls Kriterien welche eine hohe Leistungsfähigkeit unerlässlich macht. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, sind Edge-KI-Computer entstanden. Neben der Unterstützung von Multi-Core-CPUs verfügen sie auch über GPUs, die speziell für die Echtzeitbildverarbeitung ausgelegt sind und somit dem Leistungsbedarf moderner Applikationen gerecht werden.
• Umfangreiche I/O-, Konnektivitäts- und Speicheroptionen
  Um eine direkte Konnektivität mit verschiedenen Geräten zu gewährleisten, benötigen Edge-Computer eine Auswahl an kommerziellen I/O-Schnittstellen. Für die Konnektivität bieten Optionen wie WiFi, 4G, 5G, GNSS und Bluetooth neben der kabelgebundenen Übertragung die Möglichkeit der nahtlosen Verbindungen in unterschiedlichen Einsatzszenarien. Darüber hinaus unterstützen Edge-Computer auch Optionen für Speicher mit großer Kapazität oder hoher Geschwindigkeit. So können umfangreichen Datenmengen aus der Geräteschicht zu akquiriert und verarbeitet werden.
• Bester Schutz bei industriellen Anwendungen
  Edge-Computer werden häufig in abgelegenen oder rauen Umgebungen eingesetzt. Daher sind industrielle Schutzfunktionen von entscheidender Bedeutung. Funktionen wie die Unterstützung für weite Spannungsbereiche, ESD-Schutz (elektrostatische Entladung), Überspannungsschutz und EMV-Schutz (elektromagnetische Verträglichkeit) gewährleisten einen effizienten und stabilen Betrieb unter diesen Bedingungen.
• Flexible Installationsmöglichkeiten
  Edge-Computer werden häufig in platzbeschränkten Bereichen und anderen kritischen Umgebungen eingesetzt. Daher sind auch verschiedene Installationsmöglichkeiten erforderlich. Optionen wie Wandmontage, VESA-Montage, DIN-Schienenmontage oder Paneelmontage bieten den Benutzern mehrere Bereitstellungsoptionen, um unterschiedlichen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden.

• Fertigung
  • Röntgeninspektion
    Die Röntgeninspektion hat sich als zerstörungsfreie, hochpräzise und effiziente Wahl für die Qualitätskontrolle etabliert. Sie spielt eine bedeutende Rolle in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Elektronik- und anderen Branchen. Ein europäischer Hersteller von Röntgeninspektionssystemen hat den Cincoze DS-1302 Industrie-PC als zentrale Plattform für sein automatisiertes Röntgenqualitätsmanagement-Inspektionssystem gewählt..
  • Sortierung von Produkten
    Die Automatisierung ersetzt manuelle Beurteilungen und reduziert signifikant Fehlerquoten sowie beschleunigt die Arbeitsleistung. Ein europäischer Hersteller von Lebensmittelmaschinen entschied sich dafür, den Cincoze DS-1002 Industrie-PC in Kombination mit Bilderkennungstechnologie einzusetzen, um die Qualität und Effizienz der Sortierung von Gemüse und Obst weiter zu verbessern.
  • Smart Spinning
    Intelligente, automatisierte Textilmaschinen integrieren Sensorik und Edge-Datenerfassungsfähigkeiten. Sie ermöglichen intelligentes Monitoring, Energiemanagement und vorausschauende Wartung über ein Cloud-Steuerzentrum. Ein renommierter europäischer Hersteller integrierte den Cincoze P2102E in seine Maschinen zusammen mit proprietärer Software, um eine ferngesteuerte automatisierte Verwaltung und eine hoch effiziente Produktion zu erreichen.


• Transport
  • Fahrzeuge zur automatisierten Gleisinspektion
    Gleissicherheit ist entscheidend für den Bahnbetrieb. Daher sind regelmäßige Inspektionen und Überwachungen von entscheidender Bedeutung, um die Sicherheit der Züge zu gewährleisten. Ein europäisches Unternehmen im Bereich Eisenbahnsystemtechnik hat den Cincoze GP-3000 in automatisierten Gleisinspektionsfahrzeugen installiert, um Defekte auf den Gleisen genau zu identifizieren und zu bewerten.
  • Unbemannte Bergbaufahrzeuge
    In der rauen und äußerst gefährlichen Bergbauindustrie steigert der Einsatz von intelligenten, autonomen Bergbaufahrzeugen, die rund um die Uhr arbeiten, die Produktivität. Ein US-amerikanischer Hersteller von unbemannten Bergbaufahrzeugen wählte den DI-1000 Embedded-Computer, um den autonomen Betrieb und die Fernüberwachung der Fahrzeuge zu gewährleisten.
  • Smarte Polizeifahrzeuge
    Smarte Polizeifahrzeugen spielen eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Sicherheit in intelligenten Städten. Durch die Verbindung mit städtischen Datenzentren bieten sie präzisere Unterstützung bei der Verkehrssteuerung und der Notfallreaktion. Die Kennzeichenerkennung ermöglicht die schnelle Erkennung problematischer oder gestohlener Fahrzeuge, was zur Bekämpfung krimineller Aktivitäten beiträgt. Ein auf diese Anwendungsfälle spezialisiertes europäisches Unternehmen installierte den Cincoze DX-1100 Industrie-PC in Polizeifahrzeugen zur Kennzeichenerkennung und Überwachung, um die Effizienz der Polizei zu steigern.


• Energie
  • Automatisierte Offshore-Ölplattformen
    Im Offshore- oder landbezogenen Öl- und Gasabbau sind Echtzeit-Datenüberwachung und Fernmanagement für den Betrieb entscheidend. Um eine präzise Echtzeit-Datenerfassung und effektive Überwachung der Ausrüstung zu gewährleisten, wählte ein Kunde von Cincoze aus Osteuropa den sonnenlesbaren und leistungsstarken Industrie-Panel-PC CS-115/P2102E, der zum Kern des Edge Computing für Offshore-Bohrungen wurde.
  • IoE Gateway
    Die Integration von Energie und Internet verbindet erneuerbare Energieknoten mit dem Stromnetz, um eine bessere Energieeffizienz und -verwaltung zu erreichen. Es sammelt nicht nur Energiemessdaten aus verschiedenen verteilten Quellen, sondern passt auch die Stromverteilung durch Big-Data-Analyse präzise an. Um dieses Ziel zu erreichen, wählte ein führendes europäisches Energieunternehmen den DC-1200 als IoE-Gateway aus, um seine Solarenergiesysteme zu überwachen, tiefgehende Datenanalysen durchzuführen und präventive Wartung zu betreiben.
  • Überwachungssystem für Ölfelder
    Die Einrichtung eines Überwachungssystems für abgelegene Ölfelder ist entscheidend, um Diebstahl oder vorsätzliche Beschädigung der Ausrüstung zu verhindern. Ein US-amerikanischer Kunde von Cincoze bietet Solarüberwachungslösungen für verschiedene Branchen an, die drahtlose Übertragung für Echtzeitüberwachung und schnelle Warnungen nutzen. Sie entschieden sich für den DI-1000 Edge-Computer, um eine reibungslose und stabile Fernüberwachung sicherzustellen.