Echtzeit-Kommunikation mit modularer Mikroserver-Technologie

| Autor / Redakteur: Zeljko Loncaric * / Margit Kuther

Edge-Server-Applikationen: COM Express Type 7 Server-on-Modules eignen sich bestens für die Edges in Telekommunikation und Fertigung.
Edge-Server-Applikationen: COM Express Type 7 Server-on-Modules eignen sich bestens für die Edges in Telekommunikation und Fertigung. (Bild: congatec)

Vernetzte Edge-Server-Applikationen erfordern große Bandbreiten. Erfahren Sie, warum Server on Modules nach der Spezifikation COM Express Typ 7 für solche Edge-Mikroserver prädestiniert sind.

Viele der neuen vernetzten Edge-Server-Applikationen erfordern massive Bandbreiten und Echtzeit-Datenkommunikation in einem platzsparenden System-Design und mit dedizierten Schnittstellen zur Feldebene. Server on Modules nach der COM-Express-Typ-7-Spezifikation sind für die Gestaltung solcher Edge-Mikroserver prädestiniert.

Immer mehr Clients unterstützen heute 1 GbE-Konnektivität und öffentliche Infrastrukturen mit Gigabit-Bandbreiten sind ebenfalls – sowohl kabelgebunden als auch drahtlos – global verfügbar. Damit einhergehend entstehen mehr und mehr neue Serverapplikationen, die höchste Bandbreiten bis hin zu mehreren 10-GbE-Kanälen erfordern – also zehn Milliarden Bits pro Sekunde.

Überlastung durch zu viele Teilnehmer

Ein Kernanwendungsbereich für die 10-GbE-Kommunikationen liegt bereits in der Natur der angebundenen Geräte begründet: Öffentliche und private Netzbetreiber müssen eine geeignete Infrastruktur für 1-GbE-fähige-Geräte bereitstellen. Da immer mehr Geräte miteinander verbunden werden, müssen sie Überlastungen durch zu viele Teilnehmer (oversubscriptions) in 1-GbE-geschalteten Netzwerken vorbeugen. Ein 10-GbE-Netzwerk ist hier der nächstliegende logische Schritt, da bestehende Infrastrukturen der CAT 6/7-Klasse weiter verwendet werden können.

Die Konsequenz: 10-GbE-Netze können für Märkte und Anwendungen mit hohen Bandbreitenanforderungen sehr schnell bereitgestellt werden. Doch die drohende Überlastung bestehender Netze ist nur ein Grund, die Netzwerkbandbreite zu erhöhen. Ein weiterer liegt in vielen leistungsstarken Anwendungen mit hohem Performancebedarf. Dazu gehören:

  • Zugriffsknoten am Edge von Broadcast-Infrastrukturen
  • Dienstleister-Rechenzentren für Video- und Audio-Streaming sowie SaaS
  • Lokale Infrastrukturen auf Betreiberniveau für mobile Edge-Geräte
  • Städtische Netzwerke oder größere private Netzwerke
  • Cloud- und Edge-Server auf Unternehmensebene
  • SANs (Storage Attached Networks) zur Speicherung von Big Data
  • Intelligente Switch-Technologien und smarte NAS-Geräte
  • Fog-Server in Industrie-4.0-Anwendungen
  • Edge-Datenknoten für kabellose Smart Sensor Netzwerke
  • Kollaborative Deep-Learning-Computer

Unterschiedliche Echtzeit- anforderungen

Die meisten dieser Anwendungen haben nicht nur hohe Anforderungen an die Bandbreite, sondern auch an die Echtzeit-Kommunikation. So benötigt ein Videostream eine Reaktionszeit, die bereits sehr nah an der von Echtzeit liegt, da er fast sofort starten muss. Um schwankende Bandbreiten an das Endgerät auszugleichen, muss er flexibel transkodiert werden, um Ruckler und Ausfälle zu vermeiden. Für solche Anwendungen akzeptiert der Verbraucher derzeit eine Reaktionszeit von unter einer Sekunde. Auf Echtzeit bezogen nennt man dies auch Near Real-Time.

Aber was ist mit einem Live-Video mit definierter HD-Auflösung für E-Health-Anwendungen? Hier werden bereits deutlich stabilere Echtzeitanforderungen gestellt – eine solche Live-Übertragung darf nicht unterbrochen werden. Die Toleranzgrenzen bei einer Zeitverzögerung liegen schätzungsweise nur zwischen 6 und 20 Millisekunden. Ähnliche Anforderungen treten überall in vernetzten Anwendungen auf – sobald eine Anwendung geklickt wurde, will niemand mehr lange warten.

Betrachten wir nun autonome Fahrzeuge, wie sie etwa in Intralogistik-Anwendungen oder in cybervirtuellen Fabriken eingesetzt werden, wo viele SPSen in harter Echtzeit synchronisiert werden müssen und wo kollaborative Deep-Learning-Roboter Situational Awareness durch Ultraschall- und Video-Streams erlangen müssen, um selbst bei anspruchsvollster Arbeitsumgebung und schnell bewegten Objekten sofort agieren zu können.

Hier sind die Toleranzschwellen für Verzögerungen noch niedriger, da eine Überschreitung zu nicht akzeptablen Systemausfällen oder sogar potenziell gefährlichen Situationen für die menschliche Belegschaft führen kann. Es zeigt sich daher, dass bei vernetzten Anwendungen unterschiedliche Echtzeitanforderungen gelten – und keine dieser mehr oder weniger kritischen Anforderungen darf zeitlich überschritten werden. Deshalb haben Server-Technologien auch immer etwas mit Echtzeitfähigkeiten zu tun.

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