Mit Windows 10 IoT schnell und einfach KI-Anwendungen am IoT-Edge einsetzen

| Autor / Redakteur: Shilka Dabke und Oliver Niedung* / Sebastian Gerstl

Seit Jahrzehnten sind Windows Embedded-Betriebssysteme auf Embedded-Devices. Nun hat Cloud Computing die Embedded-Industrie revolutioniert und Embedded Computing mit dem Internet der Dinge (IoT) zum Mainstream gemacht. Kleine und große Unternehmen aus allen Branchen suchen nach IoT-Technologien, um ihre Unternehmen zu digitalisieren, Kosten und Zeit zu sparen sowie weitere Vorteile zu erzielen. Hier positioniert sich Windows nun, um mit Windows 10 IoT in Verbindung mit der Microsoft Azure-Cloud-Plattform Intelligenz an den Ort des Geschehens, die IoT-„Edge“, zu bringen.
Seit Jahrzehnten sind Windows Embedded-Betriebssysteme auf Embedded-Devices. Nun hat Cloud Computing die Embedded-Industrie revolutioniert und Embedded Computing mit dem Internet der Dinge (IoT) zum Mainstream gemacht. Kleine und große Unternehmen aus allen Branchen suchen nach IoT-Technologien, um ihre Unternehmen zu digitalisieren, Kosten und Zeit zu sparen sowie weitere Vorteile zu erzielen. Hier positioniert sich Windows nun, um mit Windows 10 IoT in Verbindung mit der Microsoft Azure-Cloud-Plattform Intelligenz an den Ort des Geschehens, die IoT-„Edge“, zu bringen. (Bild: Microsoft)

Schnell zur Intelligent Edge: Mit direkt ins Betriebssystem integriertem Machine Learning und einer engen Vernetzung zur Azure Cloud bringt Windows 10 IoT künstliche Intelligenz in IoT-Anwendungen.

Wenn sich Geräte-Hersteller für ein Edge-Betriebssystem entscheiden, ist eine häufige Frage „Sollen wir Windows oder Linux verwenden“? Beide können sich mit der Cloud verbinden, haben eine große Basis an installierten Geräten und können große komplexe Workloads bewältigen. Während Linux inzwischen in vielen proprietären, Teils nicht kompatiblen Distributionen auf dem Markt existiert, hat Microsoft seit Windows 8.1 alle Windows-Varianten unter einem gemeinsamen Kern konsolidiert: Ein Betriebssystem, das kleine wie große Geräte unterstützt, einschließlich Clients, Server, HoloLens, Wearables, Sensoren und alle Arten von Geräten, die mehr als nur einen Mikrocontroller benötigen.

Ein Embedded-Betriebssystem für verschiedene IoT-Ansprüche

Mit dieser Änderung wurden einige Windows-Versionen – Windows Compact und Windows Mobile – nicht erweitert. Dank seiner jahrzehntelangen Erfahrung mit Embedded-Geräten in Zusammenarbeit mit Partnern hat Microsoft Windows 10 IoT entwickelt, das Sicherheit, Verwaltbarkeit und Support für Unternehmen bietet, zusammen mit einem umfangreichen Feature-Set, das die fortschrittlichsten Szenarien beherrscht. Windows 10 IoT nutzt das Know-how von Windows IT-Administratoren und -Entwicklern zusammen mit der vorhandenen Verwaltungsinfrastruktur, um IoT-Lösungen mit unserem weltweiten Hardware-Partnernetzwerk zu erstellen.

Windows 10 IoT ist in zwei Editionen verfügbar: Windows 10 IoT Core und Windows 10 IoT Enterprise. Windows 10 IoT Core ist eine optimierte Version von Windows 10 für IoT-Geräte, die weniger Platz benötigen. Windows 10 IoT Core unterstützt sowohl Intels x86- als auch ARM-Architekturen. Im Oktober 2018 startete Microsoft dazu passend die Windows 10 IoT Core Services – ein kostenpflichtiges Angebot zur Vermarktung von Geräten, die auf diesem OS basieren. Zeitgleich startete Microsoft eine neue Partnerschaft mit NXP. Seitdem werden auch Prozessoren der i.MX 6-, 7- und 8M-Serie durch Windows 10 IoT Core unterstützt.

Kunden setzen IoT-Lösungen in immer unterschiedlicheren Umgebungen, Formfaktoren und Verticals ein und benötigen eine Plattform, die ebenso vielfältige Auswahlmöglichkeiten für Chips bietet. Microsoft arbeitet mit Broadcom, Intel, NXP und Qualcomm zusammen, um die Unterstützung für Windows 10 IoT Core auf Systemen verschiedener Hersteller auf einem Chip (SoCs) zu überprüfen. Diese IoT-Core-betriebenen SoCs werden in Hunderten von verschiedenen Geräten verwendet, mit denen OEMs ihre Idee sowohl in Prototypen umsetzen als auch kommerzialisieren können.

Windows 10 IoT Enterprise ist ein binäres Äquivalent (mit gleichen Bits) von Windows 10 Enterprise. Es verfügt über Funktionen, die den Anforderungen von IoT-Geräten mit festem Verwendungszweck entsprechen. Windows IoT-Angebote werden in allen Branchen eingesetzt, darunter Fertigung, Industrieautomation, Robotik, Gesundheitswesen, Intelligentes Bauen, Landwirtschaft, Einzelhandel oder Finanzdienstleistungen.

Security-Elemente und Cloud-Support bereits implementiert

Eine 2018 vom Marktforschungsinsitut Bain durchgeführte IoT-Kundenbefragung ergab, dass ein mangelndes Vertrauen in die Sicherheit (Security) ein wesentliches Hindernis für die Einführung von IoT-Lösungen darstellt. Windows 10 IoT bietet daher integrierte Sicherheitsfunktionen wie SecureBoot und HW Security (TPM), DeviceGuard, Windows Defender und Bitlocker, um konzentriert Geräte zu schützen, wachsende Sicherheitsbedrohungen früh zu erkennen und entsprechend darauf zu reagieren. Mit den Windows 10 IoT Core Services bietet Microsoft für das Betriebssystem bis zu 10 Jahre Support, der Sicherheits- und Zuverlässigkeitsupdates umfasst. OEMs und Kunden können sich so darauf verlassen, dass Geräte langfristig stabil und sicher sind.

Anfang 2018 gab Microsoft auf der Hannover Messe ein Projekt namens Trusted Cyber Physical Systems (TCPS) bekannt. Diese Lösung bietet End-to-End-Sicherheit, die heutigen Cyber-Angriffen standhält. Industrielle Kunden können so ihre kritischen Infrastrukturen zuverlässig betreiben und die negativen Auswirkungen auf ihr geistiges Eigentum und ihren Betrieb minimieren. TCPS behebt zwei Sicherheitsherausforderungen, die in der heutigen vernetzten Welt vorherrschen: Zum einen verhindert es, dass Malware die Kontrolle über wichtige Vorgänge übernimmt. Zum anderen hindert die Lösung Hacker daran, Drittanbieter wie Administratoren von Cloud-Hosting-Diensten und Betriebssystem- oder Treiberanbieter zur Einführung von Malware auszunutzen. Mit Projekten wie TCPS baut Microsoft weiterhin Technologien zur Adressierung wichtiger Sicherheitsherausforderungen.

Künstliche Intelligenz direkt am Edge einsetzen

Intelligenz von der Cloud ans Edge bringen: Durch die nahtlose Integration mit Azure IoT Edge können Cloud-Intelligenz und -Analyse auf Windows 10-IoT-Geräten sicher skaliert werden.
Intelligenz von der Cloud ans Edge bringen: Durch die nahtlose Integration mit Azure IoT Edge können Cloud-Intelligenz und -Analyse auf Windows 10-IoT-Geräten sicher skaliert werden. (Bild: Microsoft)

Das im Oktober 2018 erfolgte Update von Windows 10 IoT fügte dem Betriebssystem zahlreiche neue Funktionen hinzu, insbesondere die Unterstützung von Microsoft Azure IoT Edge und Windows Machine Learning (ML). Hiermit können OEMs und Kunden maschinelles Lernen, Ereignisverarbeitung, Bilderkennung und andere hochwertige Funktionen der künstlichen Intelligenz schnell in die Intelligent Edge bringen, ohne sie intern entwickeln zu müssen.

Windows Machine Learning ermöglicht Entwicklern die Verwendung von vorgefertigten Machine-Learning-Modellen in ihren Anwendungen. Diese Modelle werden normalerweise in der Cloud trainiert. Lokale Evaluierung auf Geräten, auf denen Windows 10 IoT ausgeführt wird, hilft, Bedenken hinsichtlich Konnektivität, Bandbreite und Datenschutz zu verringern. Mit Windows ML können Entwickler Machine Learning-Modelle im branchenüblichen ONNX-Format (Open Neural Network Exchange) schreiben und unter anderem mit der CPU oder einer DirectX 12-fähigen GPU beschleunigen. Die nahtlose Integration mit Azure IoT Edge erlaubt, Cloud-Intelligenz und -Analyse auf Windows 10-IoT-Geräten sicher zu skalieren.

Windows IoT in den unterschiedlichsten Branchen

Microsoft unterhält enge Beziehungen zu Partnern, die über umfangreiche Erfahrung im Aufbau von IoT-Lösungen in einer Vielzahl von Branchen verfügen. Mit Hilfe des richtigen Partners ermöglicht Windows 10 IoT umfangreiche IoT-Erlebnisse, reduziert Kosten und liefert Erkenntnisse, um das Geschäft voranzutreiben.

Pascal Rey, Vorstandsvorsitzender und Gründer der Reycom AG aus der Schweiz, hat mit seinem Team bereits mehrere Windows IoT-Lösungen zur Marktreife geführt. Sichere und verwaltbare Geräte sind für sein Unternehmen ein Muss: „Ein Hauptgrund für Windows IoT ist die 10-jährige Verfügbarkeit von Betriebssystem- und Sicherheitsupdates und das umfangreiche Geräte-Management in der Azure Cloud. So lassen sich auch IoT-Projekte realisieren, die mit kleinen Stückzahlen beginnen und von Anfang an sicher sein müssen.“

Norbert Hauser, Vice President Marketing bei Kontron findet: „Windows 10 IoT glänzt durch wichtige Eigenschaften, wie beispielsweise automatische Sicherheits-Updates, die gute Integration neuester Technologien und Secure Boot, wodurch unsere Kunden eine sichere und leistungsfähige Plattform erhalten, die auch durch die neuen Preismodelle sehr attraktiv ist. Kontron vertraut für seine IoT-fähigen Embedded Boards, Module und Industrie-PCs auch auf Windows 10 IoT.

„Im Zusammenspiel mit dem hauseigenen IoT-Software-Framework SUSiEtec können wir Kundenlösungen im IoT und Industrie-4.0 Umfeld nahtlos ‚from Edge to Fog to Cloud‘ integrieren,“ fährt Hauser fort. „Hier ist besonders die neue Azure IoT Edge Technologie hervorzuheben, die eine Skalierbarkeit von Software von der Cloud in das Edge erlaubt und somit Vorteile bei der Prozessoptimierung hinsichtlich Kosten und Reaktionszeit bietet. Die meisten Kontron Hardware-Produkte sind mittlerweile für Microsoft Azure zertifiziert. Das gibt Vertrauen, wenn es gilt, Hunderte oder Tausende von IoT-Geräten zu verwalten.“

Im Smart-Home-Umfeld entschied sich Johnson Controls für Windows 10 IoT Core zur Stromversorgung von GLAS, ihrem bahnbrechenden intelligenten Thermostat, der Cloud-Services und Fernverwaltung von mobilen Geräten zur Steuerung der Umgebungstemperatur und Überwachung der Luftqualität integriert. Für das Entwicklungsteam von Johnson Controls war es sinnvoll, Windows 10 IoT Core für GLAS zu verwenden, da sie sich mehr auf die Benutzerfreundlichkeit und das Design konzentrieren wollten, während Windows-Security und Updates dafür sorgen, dass die Endverbraucher gut schlafen können.

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* Shilka Dabke ist Senior Product Marketing Manager bei Microsoft in Redmond, USA.

* Oliver Niedung ist IoT Principal Solutions Specialist bei Microsoft in München.

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