Verlässliche vernetzte Systeme

Vernetzte Gesamtsysteme mit Edge, Fog und Cloud bringen viele Unsicherheiten mit sich

Die Nachfrage nach neuen und komplexeren Anwendungen wächst ständig. Durch die Auslagerung von Einzelsystemen in die Cloud oder in näher gelegene Edge-Knoten ist das Gesamtsystem flexibler, Ressourcen-intensive Funktionen sind einfacher einsetzbar und das Life-Cycle-Management besser.

Beim Zusammenspiel vieler einzelner Systeme in einem vernetzten Gesamtsystem muss die schwankende Qualität der Verbindungen berücksichtigt und entsprechend darauf reagiert werden. Besonders in dynamischen Umgebungen, wo neue Akteure wie Geräte, Maschinen, Anwendungen oder Netze ständig hinzukommen oder wegfallen, ist eine permanente Adaption notwendig.

Zur Entwicklungszeit ist das Ökosystem aus Endgeräten (z. B. Smartphone oder vernetztes Auto), Edge, Fog und Cloud nur mit großem Aufwand als Testsystem umsetzbar. Die Tests in realer Umgebung hingegen sind aufwendig und kostenintensiv. Zudem stehen Edge-Clouds bisher nicht für die kommerzielle Nutzung zur Verfügung.

Trotz vieler Unsicherheiten muss sichergestellt werden, dass komplexe Gesamtsysteme verlässlich funktionieren. Gerade bei sicherheitskritischen Funktionen müssen strenge Anforderungen erfüllt werden, beispielsweise an die Echtzeitfähigkeit, Verfügbarkeit und Safety der vernetzten Funktionen.

Vernetzte Systeme ermöglichen flexible Steuerungsfunktionen in der Industrie und im Fahrzeug

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Aktuelle Service-Prinzipien wie Infrastructure-as-a-Service, Platform-as-a-Service und Software-as-a-Service ergeben zusammen mit bewährten Cloud-Strukturen ein neues Paradigma für die Realisierung von Steuerungsfunktionen, beispielsweise im Fahrzeugbereich oder in der Industriesteuerung.

So werden in der Fertigungsindustrie im Zuge der Digitalisierung und mit dem industriellen Internet der Dinge (IIoT) bekannte Konzepte aus dem Cloud Computing in den Fertigungsbereich übertragen. Durch diese zentrale Lösung werden neue Anwendungen beispielsweise zur präventiven Instandhaltung und Wartungsoptimierung von Maschinen möglich.

Auch für derzeitige echtzeitkritische Steuerungsfunktionen wie Fahrzeug- oder Industriesteuerungen und Mobilitätslösungen bietet die Auslagerung in Edge, Cloud oder Fog den Vorteil, dass intelligentere und flexiblere Steuerungsdienste umgesetzt werden können.

Das Fraunhofer IKS entwickelt verlässliche und sichere vernetzte Systeme

Damit die Vorteile vernetzter Systeme gerade auch in sicherheitskritischen Bereichen wie der Produktion oder der Automobilindustrie zum Tragen kommen, arbeitet das Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS an verschiedenen Ansätzen, um die Echtzeitfähigkeit, Verfügbarkeit und Safety von vernetzten Systemen zu verbessern. Das Fraunhofer IKS bietet:

  • Die Bewertung von Verteilungskonzepten für Edge-, Fog- und Cloudbasierte Anwendungen
  • Absicherungskonzepte und eine Referenzarchitektur für verlässliche verteilte Anwendungen
  • Die Simulation von Verteilungsszenarien in einem Virtual Exploration Space
  • Verfahren für das Monitoring und die Prädiktion der Verbindungsqualität, beispielsweise für Funkkanäle über LTE, 802.11p oder 5G
  • Verfahren für die Adaption von Software an verschiedene Quality-of-Service-Level (QoS-Level)
  • Aufeinander abgestimmte Fail-Operational-Konzepte für Ende-zu-Ende-Architekturen (E2E)