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  • Oft unterschätzt: Resilienz in der Edge

Die Nutzung des Internets unterliegt aufgrund der zunehmenden Anzahl von IoT (Internet of Things) und IIoT (Industrial Internet of Things) Systemen einem gravierenden Wandel. Durch die fortschreitende Digitalisierung der Industrie ist dabei auch in der Zukunft mit einem anhaltenden Anstieg des latenzkritischen Datenverkehrs zu rechnen. Als Bestandteil einer hybriden Cloudlösung bietet Edge-Computing einen effektiven Ansatz um dieser Problematik zu begegnen. 

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Warum die Resilienz im Edge-Computing essenziell ist 

Im Vergleich zur konventionellen Cloud bietet der Einsatz von Edge-Computing diverse Vorteile. Bandbreitensensitive Applikationen und Daten, wie sie z.B. bei der zentralisierten Datenerfassung im IoT / IIoT Bereich anfallen, werden dabei von der eigentlichen Cloud getrennt und an den Rand des Netzwerkes gebracht, was zu sinkenden Latenzen sowie einer verbesserte Übertragungsgeschwindigkeit führt.

Edge-Computing-Infrastrukturen werden dabei grundsätzlich in drei Arten unterteilt: Die kleinste Version stellen direkt vor Ort installierbare IT-Systeme dar. Dabei kann es sich um ein IoT-Gateway oder um ein kompaktes Micro-Datacenter mit standardisierter Infrastruktur wie z.B. dem SmartBunker von Schneider Electric oder sogar um einen einfachen PC handeln. Entsprechende IT-Systeme erfüllen eine genau definierte Aufgabe, wie den Betrieb eines Sicherheitssystems für ein großes Gebäude. Eine Stufe darüber rangieren die lokalen Datacenter, welche bereits bis zu 10 Racks umfassen. Sie verfügen über eine hohe Verarbeitungs- und Speicherkapazität und können schnell in bestehende IT-Umgebungen integriert werden. Bereits vorgefertigte Systeme wie zum Beispiel der Micro Data Center Xpress von Schneider Electric sind hier die Regel. Regionale Datacenter umfassen schließlich mehr als 10 Racks und können IT-Lasten von mehreren hundert kW aufweisen oder sogar im Megawatt-Bereich liegen. Im Gegensatz zur zentralen Cloud, befindet sich das regionale Datacenter allerdings geografisch näher am Anwender.

Je kleiner der Edge-Standort, desto weniger wird in der Regel auf die Resilienz, also auf die physische Widerstandsfähigkeit gegen technische Ausfälle, geachtet. Dabei gilt grundsätzlich die Regel, dass die Ausfallsicherheit der Cloud exponentiell mit der Anzahl von in die Struktur integrierten Edge-Datacentern abnimmt. Am Anfang steht immer die Frage nach der Verfügbarkeit einer Edge-Infrastruktur und ob wirklich jeder kleine Edge-Endpunkt eine Hochverfügbarkeit der Daten gewährleisten muss. Eine detaillierte Risikobewertung sollte daher bereits während Planungsphase durchgeführt werden, damit für jeden Standort die passende Verfügbarkeitsklasse (VK) ausgewählt werden kann.
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Verfügbarkeitsklasse Mindestverfügbarkeit Ausfallzeit p.A.
1 99,0 % < 88 h
2 99,9 % < 9 h
3 99,99 % < 53 Min.
4 99,999 % < 6 Min.
5 Verfügbarkeit unter extremen Bedingungen (Disaster-Tolerant)

Ist die Ausfallsicherheit von existenzieller Bedeutung für ein Geschäftsmodell, sollten ausschließlich Verfügbarkeitsklassen (VK) ab Stufe 4 in Betracht gezogen werden. Kann dagegen eine gewisse Ausfallzeit der Server toleriert werden, können auch entsprechend niedrigere VKs angewendet werden. Wie wichtig die Resilienz in einer hybriden Cloud-Struktur aus Sicht der Anwender ist, verdeutlicht das Beispiel in folgender Tabelle.

Beschreibung Verfügbarkeit Downtime / Jahr (h) Standorte # Personen mit Zugriff pro Standort Insgesamt betroffene Personen Downtime in Benutzerstunden / Jahr (h)
VK 1 Edge Datacenter 99,0 % 88,0 10 100 1.000 88.000
VK 3 Cloud Datacenter 99,99 % 0,53 1 0 1.000 530
Gesamt Downtime in Benutzerstunden / Jahr 88.530
Verfügbarkeit total 99,0 %

Hier wird schnell ersichtlich, dass sich selbst vermeintlich kurze Ausfallzeiten schnell für interne Anwender oder zahlende Kunden summieren. Je nach Geschäftsmodell kann sich das negativ auf den Umsatz auswirken oder sogar, die Reputation des Unternehmens schädigen, wenn beispielsweise SLAs (Service Level Agreements) nicht eingehalten werden. 

Aufrüsten für die Ausfallsicherheit 

Die Resilienz von Edge-Endpunkten kann durch verschiedene Maßnahmen gesteigert werden. Den Anfang macht dabei die physikalische Sicherheit: Auch bei kleinen Edge-Datacentern ist eine Zugangskontrolle zu Serverraum, Serverschrank oder Rechner obligatorisch, biometrische Lösungen, wie Fingerabdruck- oder Iris-Scanner, haben sich hier bewährt. Neuem Personal kann so leicht von der zentralen Verwaltung der Edge-Infrastruktur die benötigte Zugangsberechtigung gewährt und ebenso schnell auch wieder entzogen werden. 

Ein häufiger Auslöser von Ausfallzeiten ist die Stromversorgung. Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) sollte daher zum Standard eines jeden Edge-Endpunktes gehören. APC bietet hier mit seiner neusten Smart-UPS On-Line Serie einen interessanten Ansatz und setzt auf Lithium-Ionen-Akkus welche etwa die doppelte Lebenszeit herkömmlicher Blei-Akkumulatoren erreichen. Zusätzlich sparen sie ca. 30 Prozent an Gewicht ein und ermöglichen eine Senkung der TCO um bis zu 35 Prozent.

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Abbildung 3: Einphasige USV mit Lithium-Ionen-Akku der Smart-UPs On-Line Serie von APC

Die Anforderungen die an Kühlung und Klimatisierung gestellt werden, steigen sukzessive mit der Größe des Datacenters an. Entsprechend wichtig ist es also auch hier auf eine erhöhte Ausfallsicherheit zu achten. Bei kleinen Serverräumen und Schränken wird oft auf das vorhandene Komfortkühlsystem des Gebäudes zurückgegriffen. Dabei sollte unbedingt überprüft werden, ob diese Kühlung noch den aktuellen Anforderungen entspricht. Ab einer Leistung von ca. 2 KW ist aber in jedem Fall die Installation einer dedizierten Klimatisierungsanlage angezeigt. Abhängig von Größe und Verfügbarkeitsklasse des Datacenters reichen die Möglichkeiten hier von einer einfachen Split-Klimaanlage bis hin zum Kaltwassersatzverbund mit Mehrfachauslegung.

Da die Störanfälligkeit der Geräte bei hohen Temperaturen drastisch zunimmt, sollte die Kühlung der Hardware nicht vernachlässigt werden. Nur gut gekühlte Hardware kann auch langfristig ihre volle Leistung erbringen. Da fast 33 Prozent des Energieverbrauchs in einem Rechenzentrum auf die Kühlung entfallen, hat dieser Punkt auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten eine hohe Bedeutung.

Dass auch kleinere Maßnahmen einen nicht unerheblichen Effekt auf die Kühlung haben können, beweist die Effektivität eines guten Rack-Managements eindrucksvoll. Sauber geordnete Kabel sowie eine ausführliche Dokumentation ermöglichen eine einfache Wartung und verbessern zusätzlich den Luftstrom. Je dezentraler die Infrastruktur, desto sinnvoller ist der Einsatz einer Remote Management Software. Diese ermöglicht einen effizienten Personaleinsatz und eine zentralisierte Wartung aller angebundenen Systeme.

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    Ausblick

    Um die steigende Nachfrage nach latenzkritischen Anwendungen zu befriedigen ist Edge-Computing ein effektiver Ansatz. Trotz der geringeren Kosten und des geringeren baulichen Aufwands im Vergleich zur konventionellen Cloud, sollte dabei die Resilienz fest im Blick behalten werden. An Edge-Datacenter werden hohe Anforderungen hinsichtlich der Ausfallsicherheit gestellt. Damit diese auch vollständig erfüllt werden können, sind Investitionen in Sicherheit, Kühlung, Monitoring-Software, Rack-Management und Redundanz unabdingbar. Mit einem Blick auf die nähere Zukunft ist zu erwarten, dass sich mit zunehmenden Erfahrungen Standardisierungen im Bereich des Edge-Computing entwickeln werden. Letztlich sind die Edge-Datacenter also nicht nur ein Appendix der klassischen Cloud sondern eine der Schlüsseltechnologien zur digitalen industriellen Weiterentwicklung, ohne den datenhungrige und latenzkritische Projekte wie Industrie 4.0 nur schwer vorstellbar sind.

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