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Virtualisierung

NFV und SDN machen Produktionsnetze fit für Industrie 4.0

27. April 2015, 15:46 Uhr | Florian Krojer, M. Sc., Dipl. Ing. (FH) und Ivan Furjanic, Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für eingebettete Systeme und Kommunikationstechnik ESK in München

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Virtualisierung und optimiertes Netzwerkmanagement

Vielversprechende Lösungsansätze stellen in diesem Zusammenhang Virtualisierung und optimiertes Netzwerkmanagement dar. Technologisch finden diese Konzepte ihren Niederschlag in Network-Function-Virtualization (NFV) und Software-Defined-Networks (SDN). NFV und SDN sind also Technologien, die den gestiegenen Anforderungen an die variable Bereitstellung von Netzwerkfunktionen und -ressourcen sowie an das Netzmanagement in Zeiten von Industrie 4.0 entgegenkommen.

NFV stellt die wichtigste technologische Neuerung in Kommunikationsinfrastrukturen dar. Sie ermöglicht es, unterschiedliche Netzelementefunktionen als universell verwendbare Programme (Virtual-Network-Functions, VNF) darzustellen und dadurch einheitliche Standards anzustreben. Die Technik der funktionalen Abstrahierung mittels Virtueller-Maschinen (VM) ist ein bereits seit längerem genutztes Prinzip, mit dessen konsequenter Anwendung auf IT-gestützte Produktions- und Logistikprozesse der nächste große Evolutions-Schritt unmittelbar bevorsteht. Die dynamische Bereitstellung von Netzwerkfunktionen durch VNF bei gleichbleibender Hardware bietet einerseits einen wesentlichen Vorteil, führt andererseits jedoch zu neuen Herausforderungen für das derzeit bestehende Netzwerkmanagement. Zu nennen sind hier vor allem erhöhte Ansprüche an die Kontrolle und Verteilung der virtualisierten Elemente, die zügig und zuverlässig in die Netzwerkinfrastruktur eingebunden werden müssen.

Diese VNF können schnell mit SDN verfügbar gemacht werden. Dazu werden physikalische Netzelemente abstrahiert und in eine Steuerungsebene (Control-Plane) und eine Datenebene (Data-Plane) transformiert. Die dynamische Kontrolle der Verkehrsflüsse, für die Einbindung der VNF, übernimmt der SDN-Controller.
Entkoppelt von der Datenebene ist dieser als Server in einem Rechenzentrum positioniert.

SDN und NFV verfolgen dabei die gleichen gemeinsamen Ziele, nämlich eine höhere Kosten- und Betriebseffizienz zu erreichen.

Forschung prüft SDN und NFV auf funktionale Abhängigkeiten

Eine erfolgreiche Umsetzung in der Praxis setzt jedoch detaillierte wissenschaftliche Untersuchungen voraus. So beschäftigen sich die Forscher des Fraunhofer ESK etwa mit möglichen funktionalen Abhängigkeiten bei simultaner Anwendung beider Technologien, SDN und NFV, im Netz. Ansatzpunkt dafür sind die bestehenden Netzübergänge für die Übertragungs- und Sicherheitssysteme, zum Einsatz kommt die Methode der funktionalen Dekomposition: Dabei werden Systeme in ihrer Gesamtheit betrachtet und die abgrenzbaren Grundfunktionalitäten identifiziert. Die Dekomposition dieses Endsystems erlaubt die Detailanalysen der SDN/NFV-Einflüsse und die Erstellung daraus resultierender Geräte- und Betriebskonzepte. Zum Beispiel kann die empfohlene Segmentierung der Netzwerke laut IEC 62443, samt festgelegten Kommunikationspfaden und -übergängen, mit dieser Analyse durch die Kombination der beiden Technologien sichergestellt werden. Die bei Industrie 4.0 erforderliche Flexibilität und Skalierbarkeit der Netz-werkarchitekturen wird durch VNF zur Verfügung gestellt. Mit SDN können die komplexen Netzwerkstrukturen administriert und im laufenden Betrieb den sich ändernden Rahmenbedingungen angepasst werden.