Data Management on the Edge

Beim Industrial Edge Computing werden Daten direkt an der Quelle verarbeitet. Das verbessert die Reaktionszeit und spart Bandbreite, da die Daten nicht mehr zum Rechenzentrum und zurück gesendet werden müssen. Das Edge-Gerät kann auch ohne Verbindung zum Rechenzentrum oder zum Internet arbeiten - dies stellt jedoch neue Herausforderungen an die Datenhaltung.

Anders als in der Cloud oder bei IT-Systemen ist der Speicherplatz auf typischen Industrial-Edge-Geräten meist stark begrenzt. Daher ist es wichtig zu planen, welche Daten anfallen und wie diese am effizientesten verwaltet werden können.

Datenarten

Je nach Anwendungsfall können verschiedene Arten von Daten anfallen, die jeweils eine unterschiedliche Behandlung erfordern.

Messdaten 

Ein häufiger Anwendungsfall ist die Erfassung von Messdaten. Hier eignen sich Datenbankmanagementsysteme, die diese Daten effizient speichern und abrufen können. In der Praxis werden häufig Time Series Datenbanken (TSDBs) wie InfluxDB oder VictoriaMetrics eingesetzt. Während InfluxDB in der Cloud populär ist, fehlt der Support für ARM32-basierte Geräte, die in der Industrie weit verbreitet sind. VictoriaMetrics ist hier eine gute Alternative, da es die Daten stark komprimiert und die Datenintegrität bei Stromausfällen besser schützt – was bei Edge-Geräten häufig vorkommen kann.  

Logdaten

Edge-Anwendungen generieren verschiedene Logausgaben, um den Programmablauf nachzuvollziehen. Diese Daten werden für eine spätere Fehleranalyse gespeichert. Typischerweise verursachen diese sehr viele Schreibzyklen, wodurch der Flash-Speicher abgenutzt wird. Manche Systeme schreiben die Logausgaben daher ausschließlich auf eine RAM-Disk, wodurch spätestens beim Neustart des Systems alle Logdaten verloren gehen. Um Speicherplatz zu sparen, werden ältere Logausgaben automatisch durch neue ersetzt.

Anwendungsdaten

Zu diesen Daten zählen Programmeinstellungen, Cache und kleinere Daten, die zur Laufzeit erzeugt und abgespeichert werden. Hier werden häufig dateibasierte Ansätze gewählt. Für komplexere Datenstrukturen kommen Datenbanken wie SQLite oder PostgreSQL zum Einsatz.

Secrets / Geheimnisse

Diese besonders schützenswerten Daten, wie Passwörter, Tokens oder Schlüssel, müssen vor unbefugtem Zugriff geschützt werden. Idealerweise übernimmt ein Hardware Security Module (HSM) auf dem Edge-Gerät die kryptografischen Aufgaben, sodass private Keys sicher gespeichert und verwendet werden können.

SD-Karte zur Speichererweiterung

Edge-Geräte verfügen über oft nur über einen begrenzten internen Flash-Speicher, der hauptsächlich für das Betriebssystem und einige Daten ausreicht. Viele Geräte bieten jedoch einen SD-Karten-Slot zur Speichererweiterung an. 2024 sind SD-Karten mit bis zu 512 GB verfügbar. Es ist wichtig, auf "industrielle" SD-Karten zurückzugreifen, da diese temperaturbeständiger sind und mehr Schreibzyklen aushalten.

Durch die Verwendung einer SD-Karte kann die Speicherkapazität erhöht werden, es besteht jedoch die Gefahr, dass die Karte entfernt und ausgelesen wird. Eine Lösung besteht darin, den Inhalt zu verschlüsseln und den Schlüssel im internen Speicher des Geräts zu sichern. Dies kann softwarebasiert, z.B. mit der SQLite Encryption Extension, oder hardwarebasiert erfolgen. 

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Industrial Edge Computing trotz seiner Herausforderungen eine effiziente Lösung für die Datenverarbeitung bietet, wenn die Datenarten sowie Speicheroptionen sorgfältig berücksichtigt werden.

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