Flexible Vermittler ermöglichen breites Anwendungsspektrum

| Autor / Redakteur: Christian Pereira * / Michael Eckstein

Fit für den industriellen Einsatz: Das Q-loud IoT Industry Gateway erfüllt verschiedene Schutzklassen (Staub, Wasser, Temperatur) und eignet sich für die Hutschienenmontage in Schaltschränken und Schutzkästen.
Fit für den industriellen Einsatz: Das Q-loud IoT Industry Gateway erfüllt verschiedene Schutzklassen (Staub, Wasser, Temperatur) und eignet sich für die Hutschienenmontage in Schaltschränken und Schutzkästen. (Bild: Q-Loud)

Beim Internet der Dinge stehen meist Plattformen und Sensoren im Vordergrund. Gateways werden zu Unrecht vernachlässigt. Dabei übernehmen sie zentral die Datenkommunikation mit der Cloud.

Sensoren im Industrial Internet of Things (Industrial IoT, IIoT) sind nur selten direkt mit dem Internet verbunden, um Daten ohne Umweg an eine Cloud-Anwendung zu übermitteln. Meist sitzen IoT-Gateways als Vermittler zwischen Sensoren und Geräten auf der einen Seite und der IoT-Plattform auf der anderen Seite. In einfacheren Aufbauten, besonders bei Smart-Building- und Facility-Management-Applikationen, können Gateways auch als Endstellen dienen.

Die Sensoren sind lokal mit einer solchen Zentrale verbunden, die wiederum die Daten an einen lokalen Rechner schickt, der sie weiterverarbeitet. Die Informationen können, müssen aber nicht an eine externe IoT-Plattform übermittelt werden. Der Regelfall ist allerdings der Einsatz eines IoT-Gateways, da dieses Szenario größtmögliche Flexibilität bietet.

Die drei Kernfunktionen von Gateways

IoT-Gateways haben drei Kernfunktionen: Sie übernehmen die Anbindung und Protokollumwandlung, agieren als Konzentrator und erfüllen Aufgaben der lokalen Datenverarbeitung.

Protokollunterstützung und -umwandlung: Für die lokale Vernetzung von Sensoren oder Geräten und Maschinen werden unterschiedliche Bus-Technologien eingesetzt, die zu einer großen Vielfalt an Protokollen und physikalischen Schnittstellen führen. Die Daten werden dann im IoT aus den lokalen Netzen in eine zentrale Plattform transportiert. Auch hier sind unterschiedliche Protokolle und Schnittstellen relevant, zum einen für die lokale Installation (bis zur Edge, dem „Rand des Netzwerks“) und zum anderen für die Datenfernübertragung über Fest- und Mobilfunknetze (Connectivity).

Optional ist hier auch schon ein Software-Stack im Einsatz, der sich out-of-the-box mit mindestens einem IoT-Backend verbinden kann – etwa Azure IoT Hub oder SAP Leonardo. Das IoT-Gateway muss hier eine Vielzahl an Protokollen unterstützen und ineinander übersetzen.

Konzentrator: Vor allem im industriellen Umfeld werden mehrere, oft sogar sehr viele Sensoren genutzt. Diese senden ihre Daten mit geeigneten Protokollen über Kabel- oder Funkstrecken an das IoT-Gateway. Der gesammelte Datenstrom wird vom Gateway verwaltet und in die Cloud transportiert. Diese Vorgehensweise hat zwei Vorteile: Wirtschaftliche Effekte und erhöhte IT-Sicherheit.

Eine Einzelverbindung über das Gateway bedeutet, dass beispielsweise nur ein kostenintensives Hardware-Modul für Mobilfunk und eine SIM-Karte eingesetzt werden müssten. Darüber hinaus steigt die IT-Sicherheit, da in diesem Fall nur das Gateway, nicht aber sämtliche Geräte und Sensoren über eine öffentliche IP-Adresse erreichbar sind.

Lokale Datenverarbeitung: Steigende Bedeutung hat die lokale Vorverarbeitung der Daten („Edge Computing“, Rechenkapazität in der Edge). Im einfachsten Fall bedeutet dies, dass Daten gefiltert werden und beispielsweise nur bei Änderungen übertragen werden. Es ist etwa nicht sinnvoll, regelmäßig denselben Temperaturwert zu übertragen, sondern nur dann, wenn sich die Temperatur ändert.

Das Filtern der Daten wird darüber hinaus auch für direkte, lokale Aktionen nach Überschreiten bestimmter Schwellwerte genutzt. Dadurch startet diese Aktion auch dann, wenn es aus technischen Gründen keine Verbindung zur IT-Plattform gibt. Dieses Szenario ist vor allem im Smart Building gefragt. Immer häufiger werden zudem vollwertige Analyse-Programme als sogenanntes „Stream-Analytics“ in der Edge eingesetzt.

Dies führt zu entsprechenden Anforderungen an Rechen- und Speicherleistung. Zudem erfordert die Verbindung zu IoT-Services in der Public Cloud auch eine entsprechende Software, die auf dem Gateway betrieben werden muss.

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