Einführung in den HiveMQ Edge

Integration mit der com2m Smart Product Platform für eine nahtlose Datenverarbeitung von der Edge bis zur Cloud

In der heutigen schnelllebigen und digital vernetzten Welt sind die Datenströme, die durch unsere modernen Infrastrukturen fließen, nahezu unerschöpflich. Von Industrieanlagen über vernetzte Fahrzeuge bis hin zu Smart Cities - überall entstehen und fließen riesige Datenmengen. Doch wie können diese Daten effizient und in Echtzeit verarbeitet werden, um sofortige Entscheidungen zu ermöglichen? Hier setzt Edge Computing an.

Was ist Edge Computing?

Stellt euch eine Fabrik vor, in der Hunderte von Maschinen rund um die Uhr in Betrieb sind. Jede Maschine ist mit zahlreichen Sensoren ausgestattet, die kontinuierlich Daten über Temperatur, Druck, Vibrationen und den Produktionsstatus sammeln. Würden all diese Daten erst an ein zentrales Rechenzentrum geschickt und dort verarbeitet, könnte es zu erheblichen Verzögerungen kommen. Diese Verzögerungen können dazu führen, dass kritische Maschinenprobleme nicht rechtzeitig erkannt und behoben werden, was zu Produktionsausfällen und hohen Kosten führen kann.

Beim Edge Computing hingegen werden die Daten direkt vor Ort, also am "Rand" des Netzwerks, verarbeitet. Das bedeutet, dass die Sensoren an den Maschinen diese Informationen sofort auswerten und bei Bedarf sofort Maßnahmen ergreifen können - zum Beispiel eine Maschine abschalten, wenn ungewöhnliche Vibrationen festgestellt werden, die auf einen bevorstehenden Ausfall hindeuten.

Eine Teillösung des Edge Computing kommt von HiveMQ. Die Softwarelösung HiveMQ Edge stellt ein MQTT-Gateway zusammen mit verschiedenen Protokollkonvertern zur Verfügung. Ziel dieser Lösung ist es, die Lücke zwischen OT und IT zu schließen. Das bedeutet, dass HiveMQ Edge nicht direkt für die Analyse der Daten am Netzwerkrand verantwortlich ist, sondern vielmehr dafür, dass alle Daten in einen einheitlichen Namespace überführt werden. Dies bringt enorme Vorteile bei der Verwaltung und dem Streaming der Daten über die interne Infrastruktur.

Schlüssel-Bausteine des HiveMQ Edge

Um die zuvor beschriebene Funktionalität zu erreichen, setzt der HiveMQ Edge auf verschiedene Schlüsselkomponenten. Diese umfassen einen MQTT Broker, eine MQTT Bridge, verschiedene Protokolladapter, mögliche Custom Adapter und einen Data Hub (siehe Abbildung 1).

Der MQTT-Broker agiert auf der Eingangsseite und leitet MQTT 3.1-, MQTT 5- und MQTT-SN-Nachrichten direkt an die MQTT-Bridge weiter. Protokolladapter spielen eine zentrale Rolle, da sie verschiedene Kommunikations- und Automatisierungsprotokolle unterstützen. Diese Adapter wandeln die Protokolle in MQTT-Nachrichten um und schaffen so einen einheitlichen Namensraum. Zu den derzeit unterstützten Protokollen gehören unter anderem OPC-UA, Modbus und Siemens S7. Sollte ein benötigtes Protokoll nicht bereits integriert sein, bietet der HiveMQ Edge die Möglichkeit, Custom Protocol Adapter zu erstellen, die dann eigene Protokolle in MQTT-Nachrichten umwandeln und an die MQTT-Bridge weiterleiten.

Die MQTT Bridge arbeitet auf der Ausgangsseite des Edge und fungiert als bidirektionale Verbindung zu Enterprise MQTT Brokern. Für spezielle Anforderungen an ausgehende MQTT-Nachrichten steht der Data Hub zur Verfügung. Dieser ermöglicht die Validierung und Manipulation von Nachrichten, um eine optimale Datenqualität zu gewährleisten. Auf diese Weise gewährleistet HiveMQ Edge eine reibungslose und effiziente Kommunikation zwischen verschiedenen IoT-Geräten und -Systemen in der Fertigungsindustrie.

HiveMQ Edge Einsatz mit der com2m Plattform

Ein idealer Anwendungsfall für HiveMQ Edge ist die Integration mit der com2m Smart Product Platform. Denkt an das oben beschriebene Eingangsbeispiel, wo beispielsweise die verschiedenen Sensoren unterschiedliche Protokolle verwenden. Da MQTT eine der Hauptschnittstellen der com2m Smart Product Platform ist, eignet sich der HiveMQ Edge perfekt, um die verschiedenen Protokolle in MQTT-Nachrichten umzuwandeln und diese dann an die Plattform weiterzuleiten (siehe Abb. 2). Selbst der gleichzeitige Einsatz mehrerer Edge-Instanzen stellt kein Problem dar und sorgt für eine nahtlose und effiziente Datenkommunikation innerhalb der gesamten Anlage.

Vor- und Nachteile des HiveMQ Edge

HiveMQ Edge bietet zahlreiche Vorteile, die es zu einer herausragenden Lösung in Kombination mit der com2m Smart Product Platform machen. Dank leistungsfähiger Plug-and-Play-Integrationen können die verschiedenen Protokolladapter beliebig eingebunden werden. Zusätzlich kann bei Bedarf auf die Custom Adapter zurückgegriffen werden. Ein weiterer Vorteil ist die einfache Bedienbarkeit über die Benutzeroberfläche. Die Offline-Pufferung (Store and Forward) sorgt für einen unterbrechungsfreien Betrieb. Das bedeutet, dass Nachrichten bei Verbindungsunterbrechungen ohne Datenverlust zwischengespeichert und später publiziert werden. Durch den Aufbau eines einheitlichen Namensraums wird eine nahtlose Datenintegration zu einem zentralen Datenhub ermöglicht, wodurch Fehler minimiert werden.

Allerdings gibt es auch einige Nachteile. Die vorhandenen Protokolladapter können unter Umständen nicht alle spezifischen Anforderungen erfüllen. In diesem Fall erhöht sich der Aufwand und die erforderliche Expertise, um neue kundenspezifische Adapter zu entwickeln. Erweiterte Funktionen wie der Data Hub bieten nur eingeschränkte Möglichkeiten zur Auswertung und Manipulation von Nachrichten, die unter Umständen nicht den benötigten Anforderungen entsprechen. Zudem gibt es technische Einschränkungen bei der Erstellung von Custom Adaptern, die auf MQTT basieren. Trotz dieser Nachteile stellt HiveMQ Edge eine leistungsfähige und flexible Lösung für moderne IoT- und Edge-Computing-Anwendungen dar.

Fazit: HiveMQ Edge als Lösung für das Protokollchaos

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der HiveMQ Edge eine hervorragende Lösung für das technische Durcheinander verschiedenster Protokolle bietet. Obwohl der HiveMQ Edge nicht als klassische Edge-Computing-Anwendung angesehen werden kann, hat er dennoch seine Daseinsberechtigung. Wie bereits beschrieben, passt HiveMQ Edge perfekt zur com2m Smart Product Platform und schafft eine einheitliche Datenlandschaft. In komplexen Szenarien reichen die Grundfunktionen von HiveMQ Edge jedoch oft nicht aus und es werden maßgeschneiderte Custom Adapter benötigt.

Wir beraten euch gerne, wie ihr HiveMQ Edge zusammen mit der com2m Smart Product Platform in eurem Unternehmen einsetzen könnt und unterstützen euch bei der technischen Umsetzung.