Eine DTU für Edge Computing (Data Transmission Unit for Edge Computing) verbindet Feldgeräte intelligent mit Cloud-Systemen. Eine DTU für Edge Computing bietet im Vergleich zu Serial-zu-IP-Konvertern mehrere fortschrittliche Funktionen, wie primitive Datenverarbeitung am Edge, ausgefeilte drahtlose Übertragung an der Quelle und die Möglichkeit, Protokollumwandlung durchzuführen.
Für verteilte IoT-Systeme und Versorgungsnetze entlastet dieses Design die Last im vorgelagerten Netzwerk, verbessert die Datenlieferzeiten und erhöht die Zuverlässigkeit des Netzwerks in abgelegenen oder schwierigen Umgebungen.
1. Grundlegendes Design einer DTU für Edge Computing
Das Design einer DTU für Edge Computing umfasst vier funktionale Designschichten: Computing, Kommunikation, Schnittstelle und ein Design, das widerstandsfähig gegen Stromunterbrechungen ist. DieTespro TD-DTU-SE ist ein klares Beispiel für diese Art von modularem Design.
Wichtige Hardware-Subsysteme
| Subsystem | Funktion in einer DTU für Edge Computing |
| Hauptprozessor | Verarbeitet den gesamten Kommunikationsstack und interpretiert Protokolle sowie Randlogikregeln. |
| Mobilfunkmodul (4G mit 2G-Rückfall) | Ermöglicht eine Fernbereitstellung über Weitverkehrsnetze. |
| Industrielle serielle Schnittstellen (RS232 / RS485) | Erleichtert die Verbindung zu SPS, Energiezählern, Sensoren und Altgeräten der industriellen Fabrik. |
| GNSS-Modul (optional) | Bietet Standortkennzeichnung für mobile Assets und Feldknoten an. |
| Energieverwaltungseinheit | Verarbeitet breite DC-Eingänge (meist 9–36V DC) und unterstützt eine optionale Backup-Batterie für Stromkontinuität. |
| Lokale drahtlose Schnittstelle (Bluetooth) | Ermöglicht Konfiguration und Diagnostik vor Ort sowie Wartung über mobile Geräte. |
Technische Eigenschaften, die die Feldzuverlässigkeit verbessern
Eine gut gestaltete DTU für Edge Computing integriert typischerweise zahlreiche Verbesserungen der Feldzuverlässigkeit:
•Multi-Schnittstellen-Nebenwahl: Das Vorhandensein von RS232 und RS485 bedeutet, dass für gemischte Geräteprotokolle keine Konverter benötigt werden
•Leistungsdurchgangsdesign: Erweiterte Batterieunterstützung bedeutet, dass keine Stromversorgung keine Probleme bedeutet
•Globale Mobilfunkkompatibilität: Design unterstützt Multi-Band-LTE (FDD/TDD), WCDMA und GSM/EDGE ermöglichen regionale Designwiederverwendbarkeit durch Swaps
•Industriesicherheit: Das Design bietet Schutz vor Ausfall durch Feldspannungen der Verkabelung durch Rückwärtspolarität, Überspannung, Überspannung und Überstromschutz.
2. Datenfluss in einer DTU für Edge Computing
Um den Nutzen einer DTU für Edge Computing zu erkennen, sollten wir ihren Datenfluss von Edge in Cloud betrachten.
Phase 1: Datenerfassung am Rand
Die DTU verwendet native industrielle Protokolle, um verbundene Feldgeräte abzufragen. Proprietäre Messprotokolle können Modbus RTU, DL/T645 und andere umfassen.
Typische Beispiele für vernetzte Geräte sind:
•Energie-, Wasser- und Gaszähler
•SPS-Systeme
•Umweltsensoren
Viele DTUs verfügen über eine eingebaute Protokollbibliothek. Daher erfordert die Integration in der Regel keine eigene Firmware.
Stufe 2: Randverarbeitung und Protokollanpassung
In dieser Phase werden Rohsignale von Geräten in strukturierte und nutzbare Daten umgewandelt.
Wichtige Funktionen des Edge Computing in diesem Zusammenhang sind:
•Protokollnormalisierung
Diese Funktion standardisiert Ausgaben (z. B. JSON- oder MQTT-Payloads) von Modbus-Registerkarten und anderen industriellen Formaten.
•Lokale Regelausführung
Diese Funktion implementiert einfache Logik (z. B. Schwellenalarme oder Anomaliealarme) auf Geräteebene und reduziert somit den Bedarf an Cloud-Ressourcen.
• Datenpufferung und Store-and-Forward
Diese Funktion bewahrt Messwerte, die nach der Wiederherstellung des Netzwerks gesendet werden, und stellt sicher, dass Daten durch eine Verbindungsunterbrechung verloren gehen.
Die Edge-Processing-Fähigkeit unterscheidet vor allem eine Standard-DTU von einer DTU für Edge Computing.
Phase 3: Sichere Weitübertragung
In dieser Phase werden strukturierte Daten über Mobilfunknetze gesendet.
Gängige Kommunikationsmodi für diese Stufe sind:
• TCP / UDP-Sockets für direkte Integration in einen empfangenden Server
• Verwendung von MQTT mit SSL/TLS für Cloud- und IoT-Integration
Die Verwendung eines eingebetteten MQTT mit SSL/TLS-Funktionalität minimiert den Bedarf an externen Gateways und optimiert das gesamte System.
Phase 4: Cloud-Aufnahme und Systemintegration
Wenn die Daten auf dem Cloud- oder Edge-Server ankommen:
• Die Daten werden standardisiert und validiert
•Keine vorgelagerte Rohprotokolldecodierung erforderlich
• Der Fokus der Systeme kann auf Analytik und Visualisierung sowie auf langfristige Einrichtungen für die Datenspeicherung gerichtet werden
Dies wird die Backend-Abläufe erheblich optimieren und die Skalierbarkeit maximieren.
3. Was definiert edge-fähige DTUs für Edge Computing?
Die traditionelle DTU vs. Edge Computing DTU ist eine Frage von aktiver Intelligenz am Rand versus passiver Übertragung am Rand.
Die Kernfunktionen, die Edge Computing ermöglichen, umfassen:
• Unterstützung für mehrere Protokolle und Versorgungsleistungen (Strom, Wasser, Gas, Wärme)
• Lokale Logik zur Entscheidungsfindung und Auslösung von Ereignissen als Funktion zeitkritischer Daten
• Mobiles Konfigurieren für einfache Bereitstellung und Wartung per Bluetooth
• Datenvorverarbeitung, die am Rand vor dem Versand durchgeführt wird
Diese Fähigkeiten ermöglichen es der DTU, ein Kommunikationsknoten und auch ein verteilter Edge-Computing-Knoten zu sein.
4. Vorteile industrieller IoT-Anwendungen
Die Verwendung einer DTU für Edge Computing in industriellen IoT-Anwendungen bietet einzigartige Vorteile auf Systemebene, darunter:
• Verringerte Menge an gesendeten Daten
Da nur relevante und organisierte Daten gesendet werden, werden weniger zelluläre Daten verbraucht.
• Erhöhte Systemzuverlässigkeit
Von Natur aus instabile Umgebungen verhindern den Betrieb des Systems nicht, dank der inhärenten Energie- und Datenpufferung.
• Verringerte Systemkomplexität
Die Einbeziehung von Kommunikation, Protokollübersetzung und Randverarbeitung in einem einzigen Gerät minimiert die Anzahl der Systemkomponenten drastisch.
• Verbesserte Flexibilität im Design
Die Unterstützung für mehrere Frequenzen und mehrere Netzwerke ermöglicht es, dasselbe Gerät in verschiedenen Bereichen und für verschiedene Projekte zu verwenden.
Abschließende Worte
Ein DTU für Edge Computing ist nicht mehr nur ein Datenrelaisgerät – es ist ein verteilter Edge-Knoten, der Protokollkonvertierung, leichte Berechnungen und zuverlässige drahtlose Übertragung an der Quelle der Datengenerierung durchführt.
Durch das Verständnis seiner geschichteten Architektur und des strukturierten Datenflusses können Systemdesigner optimieren, wo Intelligenz in einem IoT-System liegt, was letztlich die Effizienz, Widerstandsfähigkeit und Skalierbarkeit in modernen industriellen und Versorgungsnetzen verbessert.
FAQs
F1: Worin unterscheidet sich eine DTU für Edge Computing von einer traditionellen DTU?
Edge-Processing, Protokollkonvertierung und lokale Entscheidungsmöglichkeiten werden hinzugefügt.
F2: Welche Protokolle werden in einer DTU für Edge Computing implementiert?
Modbus, MQTT, TCP/UDP und andere Industrial Meter-Protokolle.
F3: Kann ein DTU für Edge Computing auch ohne Verbindung zur Cloud funktionieren?
Ja, es kann im Falle eines Netzwerkausfalls Daten speichern und lokal puffern.
F4: Was kann mit einer DTU für Edge Computing verbunden werden?
SPS, Energie- und Wasserzähler, verschiedene Sensoren und andere industrielle Geräte.
F5: Hat eine DTU für Edge Computing die Möglichkeit, Daten auf sichere Weise zu senden?
Ja, es unterstützt im Allgemeinen sicheres MQTT und SSL/TLS.
