Praktische Tipps für die leichte und einfache Verwaltung von IoT Edge Devices

Überall dort wo Cloud-Computing auf die Steuerung und Überwachung im Feld trifft und dies zudem zuverlässig funktionieren muss, wird oft auf Edge-Computing zurückgegriffen.
Dies hilft beispielsweise Unterbrechungen im Betrieb zu vermeiden, da das Gesamtsystem auch ohne eine permanente Online-Verbindung über ein Netzwerk weiter funktioniert.
In der Cloud selbst (und dies gilt auch für jedes vernünftige Rechenzentrum) ist es hier ohne Probleme möglich, eine entsprechende Verfügbarkeit zu gewährleisten.
Wendet man den Blick aber in Richtung Edge, sieht die Welt wieder ganz anders aus: Keine redundante Internetanbindung/-Infrastruktur, Zuständigkeiten verschiedenster Dienstleister/Provider und Netzwerke zwischen Rechenzentrum und Edge-Device.
Hier kann dann schnell mal etwas schiefgehen oder einfach ausfallen – die Fehlerquellen sind sehr vielfältig. Eine Analyse der Probleme ist jedoch unter diesen Umständen relativ zeitraubend und aufwendig.
Aber schieben wir diese sehr kurze Einführung in das Thema Edge-Computing beiseite und betrachten das hieraus resultierende Problem:

Wie verwalte ich die Edge-Devices am besten?

Hat man bereits ein Cloud-Setup für seine IT-Infrastruktur und nutzt hier die Vorteile wie beispielsweise IaC (Infrastrucute-as-Code) und CD (Continuous-Delivery), meldet sich sofort dieses unangenehme Gefühl in der Magengegend, das einem nichts Gutes signalisiert, da solche Tools und Workflows für Edge-Computing – wenn überhaupt – nur sehr schwer umzusetzen sind.
Um genau dieses Thema zu adressieren, haben die großen Cloud Anbieter – und hier allen voran AWS – entsprechende Frameworks für Edge Devices geschaffen. Mit AWS Greengrass steht ein mächtiges Werkzeug zur Verfügung, um Komfortfunktionen, wie man sie aus der Cloud Welt kennt, auch auf einem Edge Device zur Verfügung zu haben.
Zu den wichtigsten Funktionen zählen:

• Sicherer Remote Zugriff auf die Geräte (Tunnel)
• Verwaltung von Software, insbesondere die Verteilung von Updates
• Sicherer Datenkanal in die Cloud mit automatischer Zwischenspeicherung für den Fall, dass die Verbindung nicht möglich ist
• Eine Laufzeitumgebung, um z.B. Serverless-Anwendungen, wie z.B. Lambda auszuführen

Der Workflow sieht dabei primär vor, die Greengrass Installation in einen Container zu packen und diesen auf dem Edge-Device laufen zu lassen. Da sich tendenziell auch viel häufiger Änderungen an der Anwendung selbst ergeben, als es z.B. nötig ist, eine neue Greengrass Version einzusetzen oder die Firmware des Edge-Devices zu aktualisieren, ist hiermit zumindest schon einmal ein großer Teil der Deployments von Änderungen an der Software sehr einfach möglich.

Firmware und Betriebssystemupdates

Was ist aber mit dem ganzen Rest: Updates von Greengrass selbst, das Betriebssystem, sonstige Systemkomponenten, wie Treiber, Bibliotheken, usw.?
Auch diese Teile des Systems müssen regelmäßig aktualisiert werden!
Um dies zu ermöglichen, ist ein Edge-Device mit einer zuverlässigen Gesamtarchitektur notwendig. Das bedeutet, das es möglich sein muss, die Basis Softwarekomponenten upzudaten, ohne hier im Urschleim der Linux Paketverwaltung herumzuwühlen.
Aus unserer Sicht hat HARTING hier mit der MICA Box ein hervorragendes Gesamtsystem gebaut, welches den Betreiber von diesen Arbeiten großenteils entlastet.
Was bedeutet das in der Praxis?
Bei der HARTING MICA stellt der Hersteller das Basissystem (Linux) sowie diverse Funktionscontainer zur Verfügung. Das Besondere dabei ist der Umstand, dass alle vom Hersteller gelieferten Container mit einer Web-Socket Schnittstelle ausgestattet sind. Damit wird es einem ermöglicht, sehr einfache die Container zu Verwalten und zu Konfigurieren.
Auf diese Weise ist es mit sehr geringem Aufwand möglich, über den von SIC! Software verfügbaren Greengrass Container alle anderen Container auf der MICA und das Betriebssystem selbst über einige wenige API-Aufrufe vollständig zu steuern. Der Greengrass Container ist der Master und somit in der Lage, neue Container zu installieren, bestehende Upzudaten, etc.
Ohne die Bereitstellung dieser Basisfunktionalität von HARTING müsste der geneigte Nutzer das alles selbst in die Hand nehmen. Insbesondere das Update der Basissoftware eines Edge-Device, wie der MICA, ist ohne diese Vorarbeiten nur mit erheblichem Entwicklungsaufwand zu bewerkstelligen.
Um dies zu gewährleisten greift Harting hier auf Container zurück.
Allerdings setzt man hier aufgrund der nur geringen Hardware-Ressourcen, die in der Regel auf einem Edge-Device zur Verfügung stehen, nicht auf Technologien wie Docker oder Podman, sondern verwendet die Basis-Technologie LXC.
Mit Containern kann man alle diese Abhängigkeiten als ein einzelnes Image zur Verfügung stellen, dass mit wenig Handgriffen installiert bzw. aktualisiert werden kann.
Nachdem nun die Application(s) sowie das Image über eine CD-Pipeline ausgerollt werden können, bleibt noch die Aktualisierung des Host-OS bzw. der Firmware selbst.
Hier gilt es ein Edge-Device auszuwählen, das per Netzwerk aktualisiert werden kann.
Integrieren wir nun unseren Management-Dienst mit AWS Greengrass, erhalten wir einen zentralen Management-Hub in der Cloud, der alle Teilbereiche unseres Edge-Devices verwaltet – von Firmware über LXC-Container bis hin zur Greengrass Installation.
Und damit ist dann das Ziel eines jeden Systemadministrators erreicht: Ein transparenter, durchgängiger Prozess, um alle Ebenen der Software eines professionell eingesetzten Edge-Computing-Devices zu verwalten.

Fazit

Unter Verwendung der HARTING MICA und von AWS Greengrass lassen sich grundsätzlich alle Aspekte eines Edge-Devices zentral verwalten. Integrieren wir diese nun in einen Management-Dienst, erhalten wir einen zentralen Management-Hub, der alle Teilbereiche unseres Edge-Devices verwaltet – von Firmware über LXC-Container bis hin zur Greengrass Installation. Außerdem lassen sich so der Status und die Zustände aller Komponenten zentral überwachen, und im Falle von Problemen können diese schnell identifiziert werden oder sogar vor dem Eintreten erkannt und beseitigt werden.

Einige IoT Praxis-Beispiele für den Einsatz der der HARTING MICA mit AWS Greengrass finden Sie bei unseren IoT Case Studies.

Z.B. beim Technologiedemonstrator für vernetzte Ventilatoren, einem Projekt der Firma Rosenberg Ventilatoren:

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