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Edge-Device-Architektur

In diesem Kapitel werden die Architektur-Empfehlungen für den Einsatz des OPC Routers auf Edge-Devices beschrieben. Diese Empfehlungen sind speziell für Unternehmen gedacht, die eine verteilte Architektur nutzen möchten, bei der Datenverarbeitung und -integration am Rand (Edge) des Netzwerks erfolgen.

Definition und Merkmale von Edge-Devices​

Edge-Devices sind spezialisierte Hardwaregeräte, die am Rand eines Netzwerks eingesetzt werden, um Daten lokal zu verarbeiten und zu speichern. Dadurch werden die Latenz und Bandbreitennutzung reduziert, da nur relevante Daten an zentrale Systeme weitergeleitet werden.

Typische Merkmale​

  • Lokale Datenverarbeitung und -integration
  • Geringe Latenz
  • Reduzierte Bandbreitennutzung
  • Hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit
  • Einfache Skalierbarkeit

Typische Anwendungsbeispiele​

Produktionsüberwachung​

Ein Edge-Device, das in einer Produktionsanlage eingesetzt wird, um Daten von Maschinen und Sensoren in Echtzeit zu erfassen und zu verarbeiten.

Zustandsüberwachung​

Ein Edge-Device, das Daten von verschiedenen Sensoren und Geräten in einem Lager oder einer Anlage sammelt, um den Zustand der Geräte zu überwachen und Wartungsmaßnahmen vorherzusagen.

Minimalanforderungen an die Hardware und Software​

Hardwareanforderungen​

Maßgeblich sind die Systemvoraussetzungen, Abschnitt Docker-Systeme – dort steht auch, welche Prozessorarchitekturen die beiden Images unterstützen (x86_64 mit AVX2 bzw. ARM64). Für Edge-Devices kommt hinzu:

  • Edge-Device oder leistungsfähiger Embedded-PC
  • Ausreichend CPU-Kapazität (mindestens 4 Kerne)
  • Mindestens 4 GB RAM – das ist die für das Runtime Image mit integrierter MongoDB empfohlene Größe. Die 8 GB der kleinen Lösungen gelten für eine native Windows-Installation.
  • SSD mit ausreichender Kapazität für die Datenverarbeitung und -speicherung

Softwareanforderungen​

  • Betriebssystem: Linux oder Windows IoT
  • OPC Router-Software mit den benötigten Plug-ins für die Kommunikation mit den vorhandenen Maschinen und Geräten
  • Netzwerkinfrastruktur: LAN oder WLAN mit ausreichender Bandbreite und Stabilität

Implementierung auf Edge-Devices​

Docker-Container: Der OPC Router kann in einem Docker-Container auf dem Edge-Device betrieben werden. Dies bietet Portabilität und Isolierung der Anwendung, sowie einfache Verwaltung und Updates.

Installation und Konfiguration​

  • Docker-Installation: Stellen Sie sicher, dass Docker auf dem Edge-Device installiert ist.
  • Docker-Compose: Verwenden Sie Docker Compose, um den OPC Router und die benötigten Plug-ins als Container zu konfigurieren und zu orchestrieren.
  • Konfiguration: Passen Sie die Konfiguration des OPC Routers und der Plug-ins an die spezifischen Anforderungen der Umgebung an.

Beispielkonfiguration​

  • Docker Compose File:
services:
  opc-router:
    image: opcrouter/runtime:latest
    container_name: opc-router
    restart: unless-stopped
    ports:
      - "8080:8080"
    environment:
      - OR_I_ACCEPT_EULA=true
      - INITIAL_USERNAME=<username>
      - INITIAL_PASSWORD=<password>
    volumes:
      - opcrouter-data:/data
      - opcrouter-logs:/var/log/opcrouter
volumes:
  opcrouter-data:
  opcrouter-logs:

Weitere Beispiele und die Erläuterung der Umgebungsvariablen finden Sie unter Docker-Compose und Konfigurierbare Umgebungsvariablen.

Management von Edge-Devices​

Portainer​

Sie können Portainer verwenden, um die Verwaltung von Docker-Containern auf den Edge-Devices zu vereinfachen. Portainer bietet eine benutzerfreundliche Web-Oberfläche zur Verwaltung und Überwachung von Containern.

Deployment-Templates:​

Erstellen Sie und nutzen Sie Deployment-Templates, um den OPC Router auf mehreren Edge-Devices schnell und konsistent zu implementieren.

Dokumentation und Ressourcen:​

OPC Router Portainer App Template deployen

OPC Router Portainer Edge Template deployen

Konfigurierbare Umgebungsvariablen

Integration mit Industrie-Plattformen​

Siemens Industrial Edge​

Verwenden Sie Siemens Industrial Edge, um den OPC Router in eine industrielle Edge-Plattform zu integrieren, die speziell für den Einsatz in Produktionsumgebungen entwickelt wurde.

Azure IoT Edge:​

Nutzen Sie Azure IoT Edge, um den OPC Router in die Azure-Cloud zu integrieren und von den umfangreichen IoT-Diensten und -Funktionen der Azure-Plattform zu profitieren.

Dokumentation und Ressourcen:​

Siemens Industrial Edge

Azure IoT Edge Marketplace

Sicherheitsaspekte​

Netzwerksicherheit, Datenverschlüsselung und Benutzerzugriffskontrolle gelten für Edge-Devices unverändert; sie sind bei den kleinen Lösungen beschrieben.

Anders als ein Gerät im Rechenzentrum steht ein Edge-Device jedoch oft frei zugänglich in der Halle. Daraus ergeben sich zwei Punkte, die zentral aufgestellte Instanzen nicht haben:

  • Physischer Zugriff: Wer das Gerät in der Hand hat, hat auch dessen Datenträger. Sichern Sie den Datenträger per Verschlüsselung ab und beschränken Sie den Zugang zum Aufstellort; ein unverschlüsseltes Volume gibt Projektdaten und hinterlegte Zugangsdaten preis.
  • Geräteverlust: Planen Sie den Ausfall oder Verlust eines Geräts als Normalfall ein. Weil die Projektierung im Backup an einem zentralen Ort liegt, lässt sich ein Ersatzgerät neu aufsetzen und die Sicherung einspielen. Sperren Sie zusätzlich die Zugangsdaten und Zertifikate, die auf dem verlorenen Gerät hinterlegt waren.

Backup und Updates​

Für Backups und Updates gilt das Vorgehen der kleinen Lösungen. Auf einem Edge-Device betrifft es die Konfiguration und die Datenbanken des Geräts sowie das Image-Tag des Containers; sichern Sie die Backups an einem zentralen Ort, nicht auf dem Gerät selbst.

Zusammenfassung​

Die Nutzung von Edge-Devices mit dem OPC Router bietet eine flexible und effiziente Lösung zur lokalen Datenverarbeitung und -integration. Durch den Einsatz von Docker-Containern und Management-Tools wie Portainer können Unternehmen ihre Edge-Device-Architektur einfach skalieren und verwalten. Die Berücksichtigung von Sicherheitsaspekten schützt die Daten und Systeme. Durch regelmäßige Backups wird die Sicherheit der Daten gewährleistet. Regelmäßige Updates sorgen für die kontinuierliche Leistungsfähigkeit und Sicherheit des gesamten Systems.