Verlässliche vernetzte Systeme

Intelligente, digital vernetzte Systeme sind die Basis für Technologien wie das vernetzte Fahren und eine selbstorganisierte Produktion im Zuge von Industrie 4.0. Ein wichtiger Vorteil ist, dass sich damit intelligentere und flexiblere Steuerungsfunktionen umsetzen lassen, beispielsweise in der Fertigung oder im Fahrzeug. Anbieter von vernetzten Systemen können Funktionen in Cloud, Fog oder näher gelegene Edge-Knoten auslagern. Gerade ressourcenintensive Funktionen können dadurch einfacher umgesetzt und auch außerhalb des Systems gesteuert sowie überwacht werden.

Der Einsatz von vernetzten Systemen bieten Unternehmen in der Automotive- und Fertigungsindustrie zahlreiche Vorteile. Technologien wie das industrielle Internet der Dinge (IIoT) werden dadurch erst möglich und sorgen für eine kostengünstige und effiziente Produktion. Anbieter vernetzter Systeme können zudem neue und intelligentere Lösungen in ihr Portfolio aufnehmen, beispielsweise zur präventiven Instandhaltung und Wartungsoptimierung von Maschinen (predictive und prescriptive maintenance). Nicht zuletzt lassen sich mit vernetzten Systemen auch neue Geschäftsmodelle realisieren, zum Beispiel Infrastructure-as-a-Service, Platform-as-a-Service und Software-as-a-Service.

An sicherheitskritische Funktionen im Fahrzeug oder in der Fertigung gibt es jedoch hohe Anforderungen. Komplexe und vernetzte Gesamtsysteme müssen daher stets sicher (safe), verfügbar und echtzeitfähig sein, damit ihre Vorteile auch in diesen Bereichen zum Tragen kommen.

Dafür ist es notwendig, jederzeit auf Qualitätsschwankungen in der Verbindung zu reagieren, die beim Zusammenspiel vieler einzelner Systeme in einem vernetzten Gesamtsystem entstehen. Vor allem dynamische Umgebungen, in denen kontinuierlich Maschinen, Anwendungen und Netze hinzukommen oder wegfallen, erfordern eine permanente Adaption. Ein Ökosystem aus verschiedenen Endgeräten und Edge, Fog oder Cloud zur Entwicklungszeit als Testsystem zu realisieren, ist mit einem sehr hohen Aufwand verbunden. Auch Tests in realer Umgebung sind aufwendig und kostenintensiv. Zudem befinden sich Edge-Clouds, die kürzere Antwortzeiten ermöglichen werden, noch im Aufbau. Der Einsatz sicherheitskritischer Funktionen in der Cloud ist technisches Neuland und wird von aktuellen Standards noch nicht abgedeckt.

Wenn sicherheitsrelevante Funktionen in die Cloud ausgelagert werden, ist die Verbindungsqualität zur Cloud entscheidend. Wie kann ein Cloud-basiertes System mit Verbindungsabbrüchen umgehen und dabei so effizient wie möglich weiterlaufen, ohne seine Sicherheitsanforderungen zu verletzen? Zusammen mit Industriepartnern hat das Fraunhofer IKS die Auswirkungen von Verbindungsverlusten auf Cloud-basierte Systeme am Beispiel eines automatisierten Parkservice für Fahrzeuge (Automated Valet Parking, AVP) untersucht.