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Im Internet der Dinge (IoT) scheinen Edge-Geräte fast eine Nebenrolle im Grenzbereich zwischen IoT-Geräten in der Peripherie und den anspruchsvollen IoT-Softwareanwendungen in der Cloud zu spielen. Da IoT-Entwickler jedoch zunehmend neue IoT-Anforderungen in den Blick nehmen, werden Edge-Geräte eine zentrale Rolle bei der Bewältigung der zahlreichen Herausforderungen spielen, vor denen große IoT-Systeme stehen.

Die grundlegende Rolle von IoT-Edge-Geräten besteht darin, IoT-Endgeräte mit Remote-Ressourcen zu verbinden - ähnlich wie ein Telekommunikationsnetz, industrielle I/O-Controller und WLAN-Router Telefone, Automatisierungsgeräte in der Fertigung und PCs miteinander verbinden. Mit einem Edge-Gerät können die Anforderungen an das Design von IoT-Geräten erheblich vereinfacht werden, da es verschiedene Wireless-Technologien und -Protokolle unterstützt. Entwickler können sich bei ihren IoT-Gerätedesigns auf die Anwendung konzentrieren, anstatt sich durch die begrenzten Optionen für die Wireless-Konnektivität zu arbeiten. Aufgrund der besonderen Eigenschaften des IoT müssen Edge-Geräte jedoch auch Funktionen unterstützen, die über die grundlegende Konnektivität hinausgehen. Schauen wir uns die IoT-Edge-Funktionen an.

Edge-Geräte bieten Lösungen

IoT-Anwendungen basieren auf dem Volumeneffekt von Hunderten oder Tausenden von drahtlosen Sensorknoten, von denen Datenströme ausgehen. Die Bereitstellung und Wartung dieser Knoten stellt aufgrund ihrer großen Anzahl eine erhebliche logistische Herausforderung dar, die den Gesamterfolg des IoT zweifellos beeinflussen kann. Edge-Geräte bieten eine praktische Lösung, indem sie einen lokalen Host für die Erstinbetriebnahme einer großen Anzahl von Geräten in IoT-Netzwerken bereitstellen und spätere Over-the-Air-Updates dieser Geräte durchführen. Darüber hinaus können Edge-Geräte lokale Versionen von Cloud-basierten Diensten bereitstellen, um den Betrieb aufrechtzuerhalten, wenn die Cloud-Verbindungen ausfallen. Bei zeitkritischen Operationen können Edge-Geräte lokale Verarbeitungen durchführen, die für die Unterstützung von Rückkopplungsschleifen mit kurzer Latenz wichtig sind und bei denen zusätzliche Verzögerungen durch den Cloud-Zugriff nicht zulässig sind.

Gleichzeitig können Edge-Geräte dazu beitragen, dass Bereitstellung, Wartung und laufender Betrieb vom Gerät bis zur Cloud abgesichert bleiben. Durch die Abschottung eines Subnetzes von Sensorknoten bieten Edge-Geräte von Natur aus ein Maß an Sicherheit, das in flacheren IoT-Topologien nicht gegeben ist, bei denen Hacker über die Cloud einen großen Satz von Endgeräten direkt angreifen können. Durch die Kombination aus Isolierung und größerer Leistungsfähigkeit bieten Edge-Geräte eine robustere Sicherheit und können so die meisten gezielten Angriffe abwehren.

Durch Edge-Geräte haben Entwickler auch die Möglichkeit, Datenschutzanforderungen effektiver zu erfüllen. Am 25. Mai 2018 hat die EU-Datenschutzgrundverordnung (DSGVO) die Datenschutzrichtlinie 95/46/EG ersetzt. Die DSGVO soll den Datenschutz für EU-Bürger verbessern und schreibt EU-Unternehmen und allen Organisationen, die Daten von EU-Bürgern verarbeiten, Datenschutzbestimmungen vor. Durch Konzepte wie "Privacy-by-default" und Datenschutztechniken wie Datenminimierung entstehen zusätzliche IoT-Anforderungen, deren Lösung wahrscheinlich im Edge-Bereich erfolgen wird. Gleichzeitig müssen IoT-Lösungen datenintensive Algorithmen wie anonymisiertes Machine Learning und fortschrittliches Pattern Matching in den Edge-Bereich verlagern, da Datenentwickler sich immer mehr Einschränkungen bei der Übertragung von detaillierten Daten in die Cloud gegenüber sehen.

Um diese vielfältigen Anforderungen zu erfüllen, werden Edge-Geräte auf einer Hardwarebasis aufgebaut, in der Eigenschaften von Host-Plattformen und Echtzeitsystemen kombiniert werden, wobei sowohl Anwendungsprozessoren als auch Mikrocontroller zum Einsatz kommen (Abbildung 1). Da sich die IoT-Intelligenz von der Cloud auf den Edge-Bereich ausdehnt, werden diese Geräte mehr Leistung und Spezialisierungsmöglichkeiten für die Verarbeitung bieten, die für die Unterstützung anspruchsvoller Algorithmen in den Bereichen Sicherheit, Datenschutz, Analytik sowie für weitere Aufgaben erforderlich sind.

Abbildung 1: Durch den Einsatz von Anwendungsprozessoren und drahtlosen Mikrocontrollern verbinden IoT-Edge-Geräte die Leistung von Host-Systemen mit der Konnektivität von I/O-Controllern und erfüllen damit ihre einzigartige Rolle in der Hierarchie der IoT-Systeme. (Quelle: NXP Semiconductors)

Fazit

Auf allen Ebenen der IoT-Lösungskette – von Chips über Module und Boards bis hin zur Softwarespezialisierung – können Entwickler mit einer wachsenden Bedeutung von Edge-Systemen rechnen. So hat z. B. Arm^® Edge-Geräte bereits als Schlüsselelement für die Erfüllung neuer Anforderungen im IoT eingestuft. Mit der Weiterentwicklung von IoT-Anwendungen werden Edge-Geräte eine zentrale Rolle bei der Erfüllung der komplexeren Anforderungen für effektive IoT-Lösungen spielen.

Der Blogbeitrag wurde von Stephen Evanczuk geschrieben und ursprünglich im Jahr 2017 veröffentlicht. Die Aktualisierung des Blogbeitrags durch Mouser erfolgte im Mai 2021.