"Vehicle Edge ist Basis eines Software-definierten Fahrzeugs"

Edge Computing fasst in Form von Factory Edge und Vehicle Edge auch im Automobilbereich Fuß. Warum beide Edge-Ausprägungen die Automotive-Zukunft prägen werden, erklären Harald Ruckriegel und Wolfram Richter von Red Hat im Interview. 

Springer Professional: Die Zukunft der Automobilherstellung ist vernetzt und automatisiert. Wie profitiert die Automobilindustrie schon heute von Industrie 4.0 und Edge Computing?

Wolfram Richter: Industrie 4.0 und Edge Computing sind die Basis für eine erfolgreiche Vernetzung. Edge-Technologien ermöglichen es, die notwendige IT-Infrastruktur an den Ort des Geschehens, zum Beispiel eine Produktionslinie, zu bringen. Damit können Daten effizient gesammelt, analysiert und vor Ort bearbeitet werden. Auch wenn wir hinsichtlich Edge Computing noch am Anfang der Entwicklung stehen, nutzt die Automobilindustrie es schon heute: von In-Vehicle-Anwendungen in Connected Cars bis hin zur Prozessdatenerfassung und -steuerung in der Fabrik. Die Schwierigkeit im Edge Computing besteht weniger darin, einzelne Szenarien umzusetzen, sondern eine Geschäftsbereich-übergreifende Edge-Computing-Infrastruktur zu schaffen, die eine Vielzahl unterschiedlicher Szenarien effizient unterstützt. 

Edge Computing ist für unterschiedliche Industrien interessant. Wie unterscheiden sich die Anforderungen von Mobilität und smarter Fabrik?

Harald Ruckriegel: Das Beispiel der Automobilindustrie und der Factory Edge beziehungsweise Vehicle Edge zeigt die Möglichkeiten und Synergien des Edge Computing auf. Factory Edge ist die Grundlage für eine stärkere Vernetzung von Produktion und Logistik sowie für die Optimierung der Produktionskapazitäten und Logistikprozesse. Zentrale Treiber für Factory Edge im produzierenden Gewerbe sind vor allem Industrie-4.0-Projekte. Dabei geht es um Themen wie IoT, künstliche Intelligenz, Robotik, Augmented und Virtual Reality, digitale Zwillinge oder 5G. Um Industrie-4.0-Konzepte erfolgreich umzusetzen, besteht die Notwendigkeit, umfangreiche Datenmengen schnell zu analysieren. Diese Aufgabe fällt zu einem großen Teil direkt an der Produktionslinie mit der Vernetzung der IT mit den Anlagen oder Steuersystemen an, also an der Factory Edge. Wenn die Verarbeitungsleistung näher an die Datengenerierung beziehungsweise den Ort des Geschehens gebracht wird, können unter anderem potenzielle Fehler an der Montagelinie proaktiv entdeckt, die Produktqualität verbessert und sogar mögliche Ausfallzeiten durch die vorausschauende Wartung reduziert werden. Typische Factory-Edge-Anwendungsszenarien sind Condition-based Monitoring, Predictive Maintenance, Data-Sharing-Services oder auch Asset Management.

Beim Thema Vehicle Edge geht es darum, dass Rechenleistung im Fahrzeug vorhanden ist, die entweder unabhängig oder in Verbindung mit einem fahrzeugnahen Edge Gateway etwa am Straßenrand arbeitet. Vehicle Edge ist von wachsender Bedeutung für die Evolution eines traditionellen Autos hin zu einem intelligenten, vernetzten Auto, das in Echtzeit Daten analysieren und Entscheidungen treffen muss. Zudem ist Vehicle Edge die Basis eines Software-definierten Fahrzeugs, bei dem Funktionalitäten dynamisch nachgeladen oder freigeschaltet werden können. Prinzipiell werden stärker vernetzte Fahrzeuge künftig intelligente Knotenpunkte sein, die Teil eines viel breiteren Ökosystems sind, mit dem sie interagieren. Zum Beispiel könnte ein Auto Umweltinformationen bereitstellen oder Daten zur Optimierung der Parkplatznutzung in Städten liefern. Letztlich ist Vehicle Edge auch erforderlich für die Umsetzung innovativer Mobilitätskonzepte wie Car-as-a-Service, Mobility-as-a-Service oder Smart City. 

Welche Anwendungsfelder sind derzeit die Wachstumstreiber für das Edge Computing? Oder anders gefragt: In welchen Anwendungen bringt Edge Computing auf Anhieb den größten Nutzen?

Wolfram Richter: Den größten Nutzen bietet Edge Computing überall dort, wo erfasste Daten nicht zu einer zentralen Verarbeitung weitergeleitet werden können. Dazu zählt auch, wenn die Daten nicht schnell oder verlässlich genug für den Anwendungsfall transportiert werden können. In diesen Fällen ist es nötig, die Verarbeitung zu den Daten zu bringen. Typische Anwendungsbereiche sind Predictive Maintenance, Supply Chain Tracking, die Automatisierung von Produktionsprozessen, die Vereinfachung komplexer Legacy-OT-Systeme oder die Modernisierung von Legacy-Netzwerken. 

Die Zahl der Geräte im IoT wächst unaufhaltsam. Welche Herausforderungen Software- und Hardware-seitig müssen gelöst werden, um die immensen Datenmengen in Zukunft effizient in der Edge verarbeiten zu können?

Wolfram Richter: Einige der Anforderungen sind nicht neu, bekommen aber durch das Thema Edge und die damit erfassten Datenmengen eine größere Bedeutung. Anstatt weniger Cluster in der Cloud beziehungsweise im Rechenzentrum müssen jetzt viele verteilte Cluster betrieben werden. Analog dazu sind viele verteilte Software-Instanzen zu überwachen und zu steuern. Auch ein Remote-Update und nahtlose CI- und CD-Prozesse sind erforderlich, um neue Anwendungen einfach verteilen zu können. Dazu gehören auch Konzepte für ein lokales Fallback, falls ein Update fehlschlägt. Zudem müssen große Datenmengen sowohl in der Edge als auch repliziert in der Cloud beziehungsweise im Rechenzentrum abgelegt und für Data Science und andere Anwendungsfälle vorgehalten werden.

Weitere Herausforderungen betreffen Aspekte wie die Offline-Fähigkeit, das Realtime-Processing, Netzwerk-Verbesserungen, die Standardisierung fragmentierter Embedded-Hardware-Architekturen oder die Vereinheitlichung von Software- und Hardwareschnittstellen.

Immer mehr Unternehmen erleiden Cyberangriffe. Welche Rolle spielt die Edge in der Sicherheitsarchitektur von autonom fahrenden Autos und der smarten Fabrik?

Harald Ruckriegel: Frühere Ansätze zur Absicherung verteilter Architekturen zielten auf Abschottung via Firewalls und Air Gaps. Dies ist in einer verbundenen Welt mit Edge Computing weder möglich noch sinnvoll. Hier muss verstärkt auf moderne Ansätze wie Zero Trust Networking und die Integration von Sicherheitsaspekten schon im Softwareentwicklungsprozess gesetzt werden – sowohl für die Edge-Computing-Plattform als auch für die auf ihr vorhandenen Anwendungen und gesammelten Daten. Vor allem aber muss die komplette Kette vom Fahrzeug über die Edge zum Datacenter oder zur Cloud und vom Produktionsroboter über die hausinterne Edge zum Datacenter beziehungsweise zur Cloud abgesichert werden. Im Zusammenhang mit Edge Computing ist auch die Datenverteilung zwischen Unternehmen zu beachten. Hier ist eine Sicherheitsabschätzung und Daten-Governance wichtig, um zu klären und durchzusetzen, wer welche Daten einsehen darf. 

Welche Rolle spielt die Energieeffizienz bei Edge-Technologien und können sie zu einer ressourcenschonenden Produktion beitragen?

Wolfram Richter: Die mittels Edge Computing gesammelten Daten zu Produktions- und Logistikprozessen sind die Grundlage, um den gesamten Öko-Footprint der produzierten Güter überhaupt erfassen und sichtbar machen zu können. Die lokale Verarbeitung von Messdaten ermöglicht darüber hinaus eine schnelle Reaktion auf sich ändernde Parameter und dadurch ein verbessertes Steuern von Prozessen, wodurch der gesamte Ressourcenverbrauch optimiert werden kann. Nicht zuletzt kann auch die Nutzung energieeffizienter Edge-Komponenten zu einer Reduzierung von Energieverbrauch und Emissionen beitragen und Ansätze wie eine batteriegestützte Edge-Infrastruktur überhaupt erst ermöglichen.

Wie werden sich 5G-Netze auf die Verbreitung von Edge-Technologien auswirken?

Harald Ruckriegel: 5G und Edge Computing sind wichtige technologische Komponenten, die die digitale Transformation von Unternehmen beschleunigen. Die Vorteile der neuen Mobilfunkgeneration betreffen zwar auch den Consumer-Markt, vorrangig aber die Industrie. Der Automobilsektor wird dabei ein Hauptprofiteur sein, gerade hinsichtlich der 5G-Features wie höhere Geschwindigkeit, niedrigere und vor allem berechenbare Latenz oder Vernetzung einer großen Anzahl von Geräten. Edge Computing mit seinen Vorteilen ist dabei eine ideale 5G-Ergänzung. Infolgedessen gibt es viele Automobilhersteller, die genau in diese Technologien investieren. Zu beachten ist dabei aber, dass Edge Computing oder auch 5G zwar zentrale, aber nicht die einzigen Technologien sind, die den Wandel in der Automobilbranche vorantreiben. Wichtige Rollen spielen auch die V2X-Kommunikation, also die Möglichkeit für die Vehicle Edge, mit anderen Fahrzeugen, straßenseitiger Infrastruktur oder Kernplattformen zu kommunizieren, oder Lidar (Light Detection and Ranging)-Systeme für autonom fahrende Autos. Allerdings kann eine Tatsache nicht bestritten werden: Für die effiziente Nutzung dieser Technologien sind Edge Computing und 5G unverzichtbare Grundvoraussetzungen.

Wie spielt Cloud und das eigene Data Center mit Edge-Themen zusammen und wie können Synergien genutzt werden?

Harald Ruckriegel: Edge ist eine Verbindungstechnologie zwischen dem Rechenzentrum (Private Cloud) beziehungsweise den Public-Cloud-Providern und den zu vernetzenden Edge-Devices an der Produktionslinie oder in einem Fahrzeug. Edge-Themen können nicht ohne Weiteres in die Cloud gebracht werden, sondern die IT-Technologien müssen an den Einsatzort verlagert werden. Das heißt, es gibt zwar den Trend, das eigene Rechenzentrum in die Cloud zu bringen, aber gleichzeitig werden On-Premises-Technologien an der Edge genutzt. Die Edge stellt starke Integrationsanforderungen und per se handelt es sich dabei um ein Hybrid-Cloud-Szenario. Adäquate Lösungen dafür stellt etwa Red Hat mit seiner Hybrid-Cloud-Plattform bereit, die auch umfassende Edge-Implementierungen unterstützt.