Geschäftsmodel Cloud: Gebühr statt nur Gerät

Das Internet der Dinge (IoT) ist sowohl Geschäftsmodell als auch Technologie, System oder Architektur, deren Kombination das Versprechen zu erfüllen hat, Geschäfte auf eine kluge Weise zu betreiben. Aus dem Zusammenspiel von immer stärker verbreiteter Netzwerk Connectivity und Machine-to-Machine-Kommunikation mit einer stetig steigenden Anzahl von Geräten im Bereich Multi-Core-Processing- sowie Sensortechnologien in Verbindung mit Cloud Computing, sowie rasch wachsenden Datenmengen und Datenanalysen entstehen in vielen Branchen und Unternehmen neue Chancen.

Bei der On-Premises Cloud-Lösung befinden sich Server innerhalb einer Fabrik. Dieses Cloud-ähnliche IT-System sammelt Daten eines Operations Technology- (OT) oder Scada-Systems und führt die Prozessoptimierung und Analyse lokal durch. (Bild: Wind River GmbH)

Die dabei entstehende IoT-Infrastruktur kann als Basis für das Smart Grid oder intelligente Städte genutzt werden und in anderen Applikationen das Transportwesen oder die Industrieproduktion revolutionieren. Fortsetzung des Beitrags zur vorausschauenden Wartung, das Aufteilen eines Systems in Teilbereiche und Feinjustierung von Prozessen aus Ausgabe VI/2014. Adaptive Analyse und vorausschauende Wartung können als Fähigkeiten des Internet of Things (IoT) nicht nur die Betriebskosten senken, sondern auch eine signifikante Rolle spielen, wenn es um die Erschließung neuer Umsatzquellen geht. In Industriemärkten z.B. hatten großen Anbieter bisher zwei Hauptmöglichkeiten, neue Umsatzquellen zu erschließen. Die erste Möglichkeit bestand darin, Geräte wie Steuerungssysteme, Motorantriebe oder Human-Machine Interfaces (HMI) zu verkaufen. Zweitens ließen sich komplette Hard- und Software-Systemlösungen einschließlich Wartungsverträge anbieten. Allerdings stehen beide Geschäftsmodelle unter enormem Kostendruck bei zunehmend stärkerem Wettbewerb und bedeutend reduzierten Margen. Bedeutende OEMs für Industrie- und Automotive-Equipment haben bei Anwendern eine enorm große Basis bereits installierter Geräte. Im Hinblick auf Neuerungen kann dies eine große Herausforderung darstellen. Zusätzlich zu neuen Produkten oder Anlagen kann ein Weg zur Umsatzsteigerung darin bestehen, neue wiederkehrende Umsatzströme auf der Basis existierender und bereits eingesetzter Geräte zu generieren. Die Fähigkeit zur Innovation und zum Einsatz einfacher Lösungen, die die Anbindung von Equipment an das IoT ermöglichen, kann Anwender wesentlich reduzierte Betriebskosten und zusätzliche Werte über vorausschauende Wartung und adaptive Analyse bieten. Eine Servicegebühr könnte auf Produktionsvolumen, Zahl der eingesetzten Geräte oder auf einer bestimmten Datenmenge basieren. Dadurch könnte ein Abonnement-basiertes Geschäftsmodell einschließlich Leasing von Equipment vom Gerätehersteller entstehen.

Datensicherheit, Kommunikation und die Verwaltung sowie Anpassung an spezielle Systeme ist in der IoT-Umgebung unablässig. Cloud-Lösungen könnten dies sicherstellen. (Bild: Wind River GmbH)

Netzwerke statt industrielle Steuerungssysteme

Dieses Modell ist in manchen Märkten schnell und einfach umzusetzen. Z.B. sind viele kleinere Unternehmen, die von Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) auf das IoT umsteigen, bereits dazu übergegangen, für Datenvolumen oder einen speziellen Analyse-Service Geld zu fordern, anstatt sich für Geräte bezahlen zu lassen. Viele große Industriesysteme hingegen sind technologisch stark gebunden und müssen daher viele Herausforderungen meistern. Schon immer wurden in der Fertigung und Prozessautomatisierung Daten über industrielle Steuerungssysteme wie Supervisory Control and Data Acquisition (Scada) gesammelt. Jedoch werden in solchen System Daten auf eine sehr statische Art und Weise und ohne Zugang zu Informationen in Echtzeit gesammelt. Die vorhandenen OPC- und OPC/UA-Protokolle sind nicht annähernd ausreichend. Doch in den vergangenen Jahrzehnt hielt viel Automatisierungsequipment in eine mehr netzwerkähnliche Umgebung Einzug. Dabei werden die meisten Parameter zwischen Geräten über primär IP-basierte industrielle Ethernet-Protokolle wie z.B. Profinet, Ethernet/IP, EtherCAT, TSN oder Ethernet Powerlink ausgetauscht. Falls ein Gerät zur Datensammlung oder ein Gateway zum Einsatz kommt, kann es zu einer Schnittstelle zwischen mehreren Geräten werden, obwohl diese Geräte ausschließlich für lokale Operations Technology-Kommunikation (OT) und ohne die Absicht zur Anbindung an ein IT-System entwickelt wurden, und keine großen Datenmengen zu einer IoT Cloud-basierten Plattform senden können. Diese Art Gateways stellt daher eine große Herausforderung dar. Und zwar im Hinblick auf die Anforderungen bezüglich Datensicherheit bzw. dem Schutz vor Angreifern und anderen Bedrohungen. In der Energieerzeugungsbranche gibt es sogenannte Critical Infrastructure Protection-Cyber-Security-Standards (CIP), die in den USA von der North American Electric Reliability Corporation (NERC) geschaffen und von dieser verwaltet werden. Außerdem gibt es verschiedene International Society of Automation-Standards (ISA) für die Industriesteuerungs- und Automatisierungsmärkte. Während dies unterschiedliche Standards sind, adressieren sie im Wesentlichen das gleiche Problem. Ganz gleich, ob es sich um die Anbindung an das Smart Grid oder um IT-Kommunikationsnetze handelt.

Datensicherheit, Anpassung, Konnektivität

Datensicherheit ist in der IoT-Umgebung absolut wichtig. So müssen Geräte beim Hochfahren und im Betrieb vor Angriffen von außen geschützt werden, damit ein möglicher Systemstillstand oder eventuell potenzielle Bedrohungen der funktionalen Sicherheit verhindert werden. Gleichzeitig muss die Kommunikation mit den Geräten zum Austausch von Daten gewährleistet sein. Eine zweite notwendige Komponente ist die Verwaltung und Anpassung von Systemen an spezielle Anforderungen. Das Gateway ist von begrenztem Wert, falls Geräten oder Plattformen keine Befehle erteilt werden können, weil sie bereits kleinste Abweichung der Prozessparameter beanstanden. Für die meisten Applikationen besteht keine Notwendigkeit, pro Millisekunde Daten hunderter Parameter zu erhalten. Deshalb muss das System in einer Post-Implementierungsphase administriert werden, indem man es an ein Gerät anschließt und eine neue Software-Applikation installiert, um z.B. die verfügbaren Informationen zu filtern. Eine dritte wichtige Anforderung für das IoT ist offensichtlich die Konnektivität. Speziell in der Industrieautomatisierung ist ein Trend weg vom altmodischen statischen oder zyklischen Datensammeln hin zum Ethernet-basierten Datensammeln zu verzeichnen. Protokolle, die beim IoT zum Standard werden, sind Extensible Messaging und Presence Protocol (XMPP). Dies ist primär ein Einweg-Protokoll und daher höchst sicher. Ein anderes Protokoll ist MQ Telemetry Transport (MQTT). Dies ist ein Publish/Subscribe Messaging Transport Protokoll und speziell nützlich für die Kommunikation mit entfernten Standorten, die einen geringen Footprint verlangen.

Daten intern oder ohne spezifische Informationen

Es gibt zwei verschiedene Möglichkeiten zur Implementierung des Cloud-Computing Elements für das IoT, dessen Aufgabe im Empfang sowie in der Verarbeitung und Analyse von Daten besteht. Aufgrund der Datensicherheitsthematik sind nicht alle Unternehmen dafür zu begeistern, ihre Daten in kommerziellen Cloud-Computing-Einrichtungen von Drittanbietern zu speichern. Dies wäre jedoch eine Möglichkeit. Eine zweite ist die On-Premises Cloud-Lösung. Dabei könnte sich die Cloud z.B. innerhalb einer Fabrik befinden. In diesem Fall sammelt ein Cloud-ähnliches IT-System die Daten eines Operations Technology- (OT) oder Scada-Systems und führt die Prozessoptimierung und Analyse lokal durch. Falls ein Unternehmen einen Wert darin sieht, dies zu tun, lassen sich Metadaten erzeugen und an einen kommerziellen Drittanbieter in die Cloud schicken. Z.B. könnte ein Automobilhersteller Informationen über seine Roboterprozesse liefern, ohne spezifische Informationen über die Produktionsstraße zu übermitteln. So könnte er alle Daten seiner Produktionsstandorte in der ganzen Welt kombinieren und Informationen bezüglich vorausschauender oder präventiver Wartung erhalten. Dieses Zwei-Ebenen-Modell ist ein realistisches Konzept für viele verschiedene Märkte.

Separates Netzwerk zwischen Gateways und Cloud

Die vereinfachte End-to-End IoT-Architektur in Bild 3 zeigt die Kombination verschiedener Layer, die Know-how unterschiedlicher Marktsegmente erfordern. Am unteren Ende befinden sich Sensoren und Geräte wie Einparksensoren, Sensoren zur Erfassung des Verkehrsflusses in einer intelligenten Stadt oder Ventil in einer Industrieanwendung. Über die üblichen Leitungen oder ein Bussystem lassen sich die Sensoren mit einem Gerät verbinden. In den meisten Fällen ist dies ein Controller. Heute ist die überwiegende Anzahl von Geräten an ein Data-Aggregation- oder Scada-System angeschlossen. Derzeit sind dies meist lokale Supervisory-Systeme, angeschlossen an statische Steuerungen. Während moderne Systeme für zusätzliche Daten-Tags „On the fly“ rekonfiguriert werden können, erfordern sie dennoch eine Inbetriebnahme und bieten keine ereignisbasierte Daten-Aggregation, unterstützt durch dynamische lokale Intelligenz wie ein Algorithmus, der auf Basis einer Analyse aktualisiert werden könnte. Auf Geräteebene ist Agent-Technologie, die eine Verteilung von Intelligenz bei Geräten im Feld erlaubt, entscheidend, um Daten zu extrahieren, die andernfalls nicht zugänglich wären. Auf Supervisory-Ebene hilft Gateway-Technologie beim Umrüsten eines sicheren, administrierten und vernetzten Geräts, indem sie Daten verteilt und die sofortige Anbindung an die Cloud ermöglicht. Zwischen den Gateways und der Cloud existiert das Netzwerk selbst als ein komplettes separates Marktsegment: Verschiedene Akteure, darunter Netzwerkbetreiber sowie Anbieter von Netzwerk-Infrastrukturen, sorgen dafür, dass die Daten zwischen den eingesetzten Geräten und dem Datenzentrum rechtzeitig, zuverlässig und mit entsprechender Datensicherheit eintreffen. In diesem Segment sind Network Functions Virtualization- (NFV) und Carrier-Grade-Zuverlässigkeit die Markttrends, die das IoT treiben.

End-to-End IoT-Portfolio für Big-Data-Analysen

Zur Unterstützung von Unternehmen in dieser sich schnell entwickelnden Welt von Big-Data-Analysen, die das IoT ermöglicht, stellt Wind River Produkte vom Management von Geräten bis zum Gateway in das Netzwerk und weiter in die Cloud zur Verfügung. Auf der Sensor- und Geräteebene – und in fast zwei Milliarden Geräten enthalten – wurde die Architektur des Echtzeitbetriebssystems VxWorks völlig neu entwickelt und auf das IoT zugeschnitten. Das modulare VxWorks 7 eignet sich für Post-Deployment Situationen. Auf der Gateway-Ebene unterstützt die Wind River Intelligent Device Platform XT als skalierbare und dauerhafte Entwicklungsumgebung Entwicklung, Integration und Einsatz von Gateways mit entsprechender Datensicherheit. Die Intelligent Device Platform ist ein integraler Bestandteil von Intel Gateway-Lösungen für das Internet der Dinge, eine Plattformfamilie, die Unternehmen einen Funktionsblock an die Hand gibt, um ältere Systemteile und neuere Systeme über IoT-Gateway-Technologie an das IoT anzubinden. Auf der Netzwerkebene ermöglicht die Intelligent Network Platform die Beschleunigung und Analyse von sicherem Netzwerkdatenverkehr via Deep Packet Inspection (DPI). DPI ist entscheidend, um Daten zu analysieren und für die Lieferung von Echtzeit- und kritischen Informationen zu sorgen, während unkritische Daten eine größere Latenz haben dürfen. In der Datenzentrums-, Informations- und Kommunikationstechnologieumgebung ermöglicht das Produktportfolio des Unternehmens für NFV die Migration virtueller Geräte auf verschiedene Computing-Plattformen. Providern kann es so gelingen, eine Verfügbarkeit von 99,9999% zu erzielen. Im Bereich des Cloud Computing können Anwender mit dem Edge Management-System des Herstellers Geräte mit entsprechender Datensicherheit verwalten und den Zugang zu den Gerätedaten bereitstellen. In Verbindung mit Intel kann das Unternehmen die nächste Generation an Hadoop Software bieten, um Big-Data-Analysen zu ermöglichen. Durch die Adressierung aller Layer der IoT-Architektur mit seiner Software liefert das Unternehmen ein umfassendes Technolgie-Portfolio für das IoT.