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Die Infrastruktur für das Internet der Dinge (IoT) besteht aus Hardware- und Softwarekomponenten (zusammen als Stack bezeichnet), die sich sowohl an der Edge als auch in der Cloud befinden. Für den Einstieg gibt es keinen besseren Ort als die Edge-Hardware.

Edge-Hardware ist für die Aufnahme und Verarbeitung von Daten, die Steuerung lokaler Geräte und die Kommunikation mit übergeordneten Cloud- und Rechenzentrumssystemen verantwortlich. Um zu verstehen, wie Edge-Hardware diese Aufgaben bewältigt, ist es zunächst notwendig, sich mit drei Schlüsselbereichen zu beschäftigen:

1. Die Vielfalt der Endpunktanforderungen
2. Der Bedarf an architektonischer Flexibilität und Anpassungsfähigkeit
3. Die Herausforderungen bei der Skalierung von IoT-Designs

In diesem Beitrag werden die einzelnen Themen behandelt, um Ihnen den Einstieg in das IoT zu erleichtern.

Heterogene Endpunktanforderungen

IoT-Endpunkte umfassen ein breites Spektrum, von einfachen Sensoren bis hin zu komplexen Industrierobotern, die alle ihre eigenen Anforderungen haben. Die Anforderungen an die Datenverarbeitung sind sehr unterschiedlich und reichen von einfacher Datenerfassung bis hin zu intensiver KI-Inferenz am Rande.

Die Anforderungen an die Konnektivität sind ebenso vielfältig und reichen von intermittierender Kommunikation mit geringer Bandbreite bis hin zu konstanten Hochgeschwindigkeitsverbindungen. Energie- und thermische Überlegungen sorgen für zusätzliche Komplexität, wobei die Lösungen von batteriebetriebenen Geräten mit strengen Energiebeschränkungen bis zu Industrie-PCs reichen, die aktive Kühlsysteme benötigen.

Diese Vielfalt an Endpunktanforderungen erfordert eine Reihe von Edge-Computing-Lösungen. Um diesen unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden, bietet SECO ein umfassendes Produktportfolio an, das von einfachen mikrocontrollerbasierten Gateways bis hin zu robusten, leistungsstarken Industrieservern reicht. Die folgende Tabelle veranschaulicht die Lösungen von SECO in diesem Spektrum:

Tabelle betrachten

Architektonische Flexibilität und Anpassungsfähigkeit

Die vielfältigen und sich ständig weiterentwickelnden IoT-Implementierungen erfordern eine flexible Architektur der Edge-Hardware. Diese Flexibilität hängt von drei Schlüsselelementen ab:

• Modularität, die einfache Upgrades und Anpassungen ohne komplette Neugestaltung ermöglicht
• Skalierbare Verarbeitung, idealerweise mit der Möglichkeit, Leistungsstufen und Prozessorarchitekturen frei zu wählen
• Vielseitige E/A und Konnektivität zur Erfüllung verschiedener Sensor-, Aktor- und Netzwerkanforderungen

Computer-on-Modules (COMs)

Der Computer-on-Module (COM)-Ansatz verkörpert diese Prinzipien, indem er die zentralen Rechenelemente (Mikroprozessor, Speicher und häufig gemeinsame verdrahtete und drahtlose Schnittstellenschaltungen) von anwendungsspezifischen E/A trennt. Diese Trennung ermöglicht eine individuelle Anpassung unter Beibehaltung eines standardisierten Kerns.

Ein COM (oft auch als System-on-Module oder SOM bezeichnet) wird auf einer Trägerplatine montiert, die durch die Implementierung spezieller Schaltungen und nicht standardisierter Peripherieschnittstellen optimal für die Anwendung ausgelegt ist. Diese COM-Trägerbaugruppe muss dann in ein verpacktes Gerät eingebaut werden.

Single-Board Computer (SBC)

Der Einplatinencomputer (SBC) ist eine Zwischenlösung, bei der die wichtigsten Computerelemente eines COM mit Standardschnittstellen wie USB, Ethernet und Video auf einer einzigen Platine untergebracht sind. Der SBC ist am besten geeignet, wenn die Standardperipheriegeräte ausreichen, um die Anforderungen der Anwendung zu erfüllen. Ein eigenes Leiterplattendesign ist in der Regel nicht erforderlich. Der SBC wird in eine Maschine eingebaut, was ein Gehäusedesign und Tests auf Geräteebene erfordert.

Fanless Embedded Computer

Ein lüfterloser eingebetteter Computer ist ein vollständig verpacktes Gerät, das über behördliche und manchmal auch branchenspezifische Zertifizierungen verfügt. Ähnlich wie SBCs verfügen lüfterlose Embedded-Computer oft über optionale E/A-Module, sodass sie an verschiedene Aufgaben angepasst werden können. Die Unterstützung für steckbare KI-Beschleuniger und andere leistungssteigernde Add-ons erweitert diese Flexibilität noch weiter. Der Hauptvorteil eines lüfterlosen PCs besteht darin, dass er eine gebrauchsfertige Lösung darstellt.

Diese modulare Strategie ermöglicht es Systemintegratoren und Entwicklern, ein Gleichgewicht zwischen Anpassung und Kosteneffizienz herzustellen. Sie ist besonders wertvoll in Szenarien, in denen sich die Anforderungen von Einsatz zu Einsatz ändern oder sich im Laufe der Zeit weiterentwickeln, da sie eine effiziente Anpassung ermöglicht, ohne dass ein komplettes System überholt werden muss.

Horizontal & Vertical Platform Scalability

Die Skalierbarkeit von IoT-Plattformen umfasst sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Dimension.

• Horizontale Skalierbarkeit oder Skalierung nach außen bezieht sich auf die Fähigkeit, Lösungen an vielen Standorten wirtschaftlich einzusetzen. Es geht darum, die richtige Balance zwischen Hardware-Optimierung und Entwicklungskosten zu finden. Der COM-Ansatz beispielsweise bietet ein gutes Gleichgewicht für Anwendungen mit mittlerem Volumen, da er die Hardware optimiert, ohne dass übermäßige einmalige Entwicklungskosten anfallen.
• Vertikale Skalierbarkeit bedeutet, dass die Fähigkeiten der einzelnen Knoten im Laufe der Zeit verbessert werden. Dazu gehören sowohl Software-Updates als auch Hardware-Upgrades. Die Skalierbarkeit der Software erfordert einen anfänglichen Leistungsspielraum, der ein sorgfältiges Gleichgewicht zwischen Zukunftssicherheit und laufenden Kosten erfordert. Die Skalierbarkeit der Hardware wird durch modulare Designs erleichtert, die eine Aufrüstung der Komponenten (z. B. durch Austausch eines neueren COM) ohne ein vollständiges Redesign des Geräts ermöglichen.

SECO unterstützt beide Formen der Skalierbarkeit mit modularen Hardware-Designs, die eine langfristige Verfügbarkeit bieten. Darüber hinaus bietet unsere Clea-Plattform ein ganzheitliches Remote-Gerätemanagement, einschließlich sicherer Software-Updates über das Netzwerk, wodurch die softwarebasierte vertikale Skalierung verbessert wird.

Aufbau eines soliden IoT-Fundaments

Die vielfältigen und sich ständig weiterentwickelnden IoT-Implementierungen erfordern Edge-Hardware-Lösungen, die ein breites Spektrum an Rechen-, Konnektivitäts- und Energieanforderungen abdecken und gleichzeitig Flexibilität und Skalierbarkeit bieten. Wenn Unternehmen diese Schlüsselaspekte verstehen, können sie Lösungen auswählen, die nicht nur aktuelle Anforderungen erfüllen, sondern sich auch an zukünftige Herausforderungen anpassen.

SECOs Portfolio an Edge-Hardware-Lösungen in Kombination mit unserer Clea-Plattform bietet einen umfassenden Ansatz, um diese komplexen Anforderungen in verschiedenen Branchen und Anwendungsfällen zu erfüllen. Unsere Strategie bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung, Anpassungsfähigkeit und Sicherheit bei IoT-Implementierungen und bildet eine solide Grundlage für aktuelle und zukünftige IoT-Infrastrukturen.

Bist du daran interessiert, deine nächsten IoT-Lösungen mit unserer Edge-Hardware zu entwickeln? Kontaktiere SECO noch heute, um die perfekte Lösung für Ihren IoT-Einsatz zu finden.