Weltrekordfahrt als Digitalisierungs- und IoT-Modellfall

Mit Digitalisierung und dem Internet der Dinge um die halbe Welt: Vergangenen Herbst fuhr das Team des Rekordfahrers Rainer Zietlow mit einem VW Touareg in nur neun Tagen von der Südspitze Afrikas zum Nordkap – Weltrekord! Dank Dashboards auf den Websites von HPE konnten Rennsportfans aus aller Welt das Rennen live mitverfolgen. So zeigte die Rekordfahrt nicht nur das Können der Fahrer, sondern auch die Vielfalt der Anwendungsfälle und Möglichkeiten im „Internet der Dinge“ und der Digital Experience.

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Geht es um die Top-Trends unserer Tage, fallen stets auch die Begriffe „Digitalisierung“, „Customer Experience“ und „Internet der Dinge“ („Internet of Things“, kurz IoT). Doch die Themen sind komplex, nicht zuletzt deshalb, weil sie so umfassend sind: Der eine denkt an Industrie 4.0 und an eine per Internet fernwartbare Produktionsmaschine, der andere an das Monitoring der Energieeffizienz im „Smart Home“ per Smartphone-App, der dritte an ein Fitnessarmband, das Messwerte zu Sportaktivitäten in der Cloud sammelt, damit er sein Trainingsprogramm bequem planen und anpassen kann.

Nochmals komplexer zeigt sich das Internet of Things, wenn man bedenkt, dass seine Vorteile sich erst durch das intelligente Zusammenspiel einer Vielzahl von Komponenten ergeben. Hierzu zählen per Internet ansprechbare Sensoren, Geräte und Aktoren auf der einen Seite und Cloud-Umgebungen auf der anderen Seite, die den immensen gesammelten Datenbestand speichern und zeitnah auswerten. Hinzu kommt die „Digital Customer Experience“ – intuitiv bedienbare „Systems of Engagement“, also Web-Anwendungen und Mobilgeräte-Apps, die dem Anwender den Status des überwachten Objekts bzw. das Ergebnis einer gewünschten Auswertung anschaulich präsentieren und eine Interaktion mit diesem ermöglichen.

Aufgrund dieser hohen Komplexität fehlt vielen der Blick für den Reiz des Internets der Dinge. Doch ein Beispielsfall, der die Vorteile eines integrierten Zusammenspiels von intelligenter Sensorik, Verarbeitung in der Cloud und bedarfsgerechter Präsentation per Web und App sehr gut veranschaulicht, ist die „Cape to Cape Challenge“, die im Herbst 2015 stattgefunden hat.

Rekordjäger unterwegs

Die Cape to Cape Challenge 2015 war das jüngste Vorhaben des Rennfahrers Rainer Zietlow, der schon mehrere Weltrekorde aufgestellt hat, darunter zum Beispiel 2006/7 die erste Weltumrundung in einem erdgasgetriebenen Fahrzeug. Schon beim Vorläufer, der Cape to Cape Challenge 2014, fuhr sein Team mit einem VW Touareg in nur 21 Tagen vom Nordkap in Norwegen zum Kap Agulhas, dem südlichsten Punkt Südafrikas. Dies war ein weiterer Weltrekord, jedoch brauchte Zietlows Team aufgrund eines Unfalls in Tansania mit anschließender Reparatur und Ersatzteillieferung deutlich länger als die neun Tage, die man ursprünglich anvisiert hatte.

Im Herbst 2015 nahm er deshalb einen erneuten Anlauf, diesmal in umgekehrter Richtung – und in der Tat bewältigten die drei Rennfahrer die Strecke von rund 19.000 Kilometer durch 19 Länder und über Straßen unterschiedlichster Qualität zwischen dem 11. und dem 20. September 2015 in nur neun Tagen und vier Stunden – erneut Weltrekord, und sogar das selbstgesteckte Ziel war erreicht! Rennsportfans aus aller Welt konnten diese Weltrekordfahrt hautnah mitverfolgen – dank der HPE Cape 2 Cape Digitalisierungsplattform sowie IoT-Partnern wie VW und einer Reihe weiterer Elektronik- und IT-Partner.

Ein modernes SUV wie ein VW Touareg ist praktisch ein Rechenzentrum auf Rädern – schließlich funktioniert ein solches High-Tech-Fahrzeug nur dank umfassender Elektronik- und Computerunterstützung so effizient. Doch die Cape to Cape Challenge sollte VW nicht nur als PR-Showcase für das Guinness-Buch der Rekorde dienen, sondern zugleich als Testfahrt, die Erkenntnisse für die weitere Fahrzeugentwicklung liefert. Deshalb war der Touareg mit modernster Zusatzsensorik ausgestattet – und die Fahrer ebenfalls.

Zusätzliche Technik zur Messung des Fahrverhaltens und der Materialbelastung kam von den Spezialausrüstern IAV und HBM, während die Fahrer smarte Brustbänder des Anbieters SenseCore trugen. Diese Bänder finden sonst im Training für den Leistungssport Verwendung, um Körperfunktionen wie Puls, Hautfeuchte oder Atemfrequenz und -volumen zu erfassen. Einen Teil der Messdaten – die zur Materialbelastung des Fahrzeugs – sammelte man in einer Black Box, während andere Daten zum Touareg und zu den Fahrern per Mobilfunk und Satellitenkommunikation in Echtzeit (Real-Time) zur Verarbeitung in die Cloud und von dort zu den rennbegeisterten Endbenutzern übertragen wurden.

Hier kamen weitere Partner ins Spiel: Eine SIM-Karte von Cubic Telecom diente der kontinuierlichen 3G-Mobilfunkverbindung, der Satellitennetzbetreiber Inmarsat sorgte während der Fahrt quer durch Afrika, den Nahen Osten und Europa für eine verlässliche Backup-Netzwerkanbindung. Die Cloud-basierte Verarbeitung der Messdaten konzipierte Hewlett Packard. Rennsportfans konnten dadurch während der Challenge den aktuellen Stand des Rennens auf den Websites von HPE in Echtzeit miterleben – und zwar mittels wie ein Armaturenbrett gestalteter Dashboards. Zudem hatte HPE den Fans eine App mit diversen Informations- und Interaktionsmöglichkeiten bereitgestellt.

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Live-Daten schon von der ersten Rekordfahrt 2014 lieferte HPEs Cape to Cape Challenge App.

Vielfältige Messdaten

Um dieses anspruchsvolle Digitalisierungsszenario in die Tat umzusetzen, galt es, eine regelrechte Flut unterschiedlichster Daten in Echtzeit zu bewältigen: Zu erfassen und auszuwerten waren neben den Sensordaten der Touareg-eigenen Bordelektronik, den Witterungsbedingungen und den GPS-Lokationsdaten auch die Werte der Zusatzsensorik von IAV und HBM. Hinzu kamen die SenseCore-Daten zum physischen Befinden der Fahrer sowie Informationen zur Bedrohungslage, verlief die Fahrt doch teils durch sehr unsicheres Gebiet. In die Auswertungen nach dem Rennen flossen noch weitere Datenquellen mit ein, so zum Beispiel die Fotos der Dashboard-Kamera.

Über die neun Tage der Rekordfahrt hinweg setzten die beteiligten Systeme insgesamt rund zehn Millionen Meldungen für die Echtzeitverarbeitung ab. Im Durchschnitt ergab dies 13 Messages pro Sekunde, zu Spitzenzeiten sogar stolze 900 pro Sekunde. Die Daten waren nicht nur unterschiedlichster Art (strukturiere wie auch unstrukturierte Daten), sondern fielen zudem in diversen Formaten an – von den Standardwerten des Touareg-eigenen CANbus bis zu den Gesundheitswerten der Fahrer.

Die Messintervalle variierten dabei stark: Die Touareg-eigenen Sensordaten zu Tempo, Motorumdrehungszahl, Schaltposition und Gaspedalstellung wurden alle 100 ms erfasst, andere Werte alle 500 MS (die Position des Fahrzeugs laut GPS), wieder andere minütlich (Inmarsat) oder alle zehn Minuten (etwa die Wetterinformationen). Die vom Touareg gelieferten Messdaten kamen nicht mit Zeitstempel, sondern mussten zuerst mittels IAV-Technik um einem solchen angereichert werden. SenseCore wiederum verwendet Delta-Zeitstempel, allerdings ohne Datumsangabe, ist doch solches Trainingsequipment nicht für den kontinuierlichen mehrtägigen Einsatz vorgesehen. Diese Fülle unterschiedlichster Daten galt es deshalb, über einen Service Backbone zu korrelieren und zu aggregieren. Dieser Service Backbone ermöglichte anschließend den intelligenten Abgleich der Daten – z.B. in welcher Zeitzone waren sie angefallen? – sowie deren Auswertung, um sie dann zur weiteren Verwendung bereitzustellen.

Über den Service Backbone wurde eine Fülle unterschiedlicher Informationen zusammengeführt und aufbereitet.
Über den Service Backbone wurde eine Fülle unterschiedlicher Informationen zusammengeführt und aufbereitet.

Cloud-basierte Aufbereitung

Zur Konsolidierung, Aggregation und Big-Data-Analyse der Messdaten diente die Cloud-Umgebung Helion von Hewlett Packard Enterprise. Diese vereint je nach Bedarf Private- und Public-Cloud-Ressourcen zu einer Hybrid Cloud. Die genutzte IaaS-Umgebung (Infrastructure as a Service) HPE Helion OpenStack basiert auf dem Open-Source-Projekt OpenStack. Darauf aufsetzend bietet die HPE Helion Development Platform eine PaaS-Umgebung (Platform as a Service) für den Cloud-gerecht skalierbaren Applikationsbetrieb. Diese basiert auf den Open-Source-Projekt Cloud Foundry. Die Helion Development Platform ist eine Applikationsplattform für native Cloud-Applikationen, die es einfach ermöglicht, Applikationen mit den heutzutage erwarteten Cloud-Eigenschaften wie dynamischer lastbezogener Skalierung (Internet Scale) und Kosteneffizienz, ressourcenschonend zu entwickeln und auch zu betreiben. Die Cape 2 Cape Plattform basiert auf Microservices die Agile entwickelt wurden und mit gemischten Teams aus Development und Betrieb nach dem DevOps-Vorgehen besetzt wurden. Diese End-zu-End-Verantwortung war der Garant für eine schnelle und problemlose Inbetriebnahme, aber auch den Betrieb. Dies ermöglichte zudem zeitnahe Behebungen von Fehlern am Live-System. Als weitere wichtige Open-Source-Software diente Redis als Caching Layer, MongoDB als Key Value Store der Echtzeitdaten und NodeJS für die Implementierung der Stream-Datenverarbeitung, Rest APIs und Websocket API. Die digitale Experience wurde mit Node.js und HTML5 umgesetzt.

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Architektur der von HPE konzipierten Digital-IoT-Umgebung zur Datenaggregation, -korrelation, -auswertung und Darstellung der Cape to Cape Challenge 2015

Wichtig für den Erfolg einer digitalen IoT-Umgebung ist nicht nur eine leistungsstarke Plattform für die Datenaggregation und -analyse. Vielmehr benötigt das Internet der Dinge vor allem anwenderfreundliche Möglichkeiten, die Ergebnisse der Verarbeitung schnell und bedarfsgerecht auszugeben. Gefordert ist damit die flexible Anbindung an beliebige Systems of Engagement mittels RESTful-APIs. Als Systems of Engagement dienten in diesem Fall die Armaturenbrett-Dashboards im Web sowie HPEs Cape to Cape Challenge App. Die Web-Ansichten basierten auf dem HPE Business Value Dashboard, das speziell auf die anschauliche, zielgruppengerechte Aufbereitung von Informationen ausgelegt ist.

Systems of Engagement

Diese Web-Dashboards und die Smartphone-App für Rennsportfans waren damit Prototypen für die Systems of Engagement, welche die technologischen Möglichkeiten der Digitalisierung und das Internet der Dinge hervorbringen wird. Denn ähnlich intuitiv bedienbare Dashboards und Apps werden künftig zum Beispiel dem Disponenten eines Logistikunternehmens die optimierte Nutzung der Fahrzeugflotte erleichtern, ebenso aber den örtlichen Leitstellen die Optimierung der Verkehrsflüsse in Ballungszentren. Kfz-Versicherungen werden die fallgerecht aufbereitete Auswertung aktueller Fahrzeugdaten zur Schadensermittlung heranziehen. Und die Hersteller von Baumaschinen und Industrieanlagen werden durch die laufende Analyse von Betriebsdaten per Ampelgrafik visualisierte Informationen darüber erhalten, wann sie einen Wartungstechniker zum Standort ihres Kunden schicken müssen, um Verschleißteile rechtzeitig auszutauschen – Stichwort „Predictive Maintenance“.

Fans konnten die Cape to Cape Challenge 2015 auf den Websites von HPE per Dashboard live mitverfolgen.
Fans konnten die Cape to Cape Challenge 2015 auf den Websites von HPE per Dashboard live mitverfolgen.

 

 Fazit: Weltrekordfahrt als Digitalisierungs- & IoT-Modellfall

Rennsportfans konnten im Herbst 2015 neun Tage lang mit dem Rekordfahrer Rainer Zietlow und dessen Team mitfiebern und dessen Vorankommen per Web und Smartphone-App live mitverfolgen; so diente die Cape to Cape Challenge 2015 als Modellfall für eine durchgängig konzipierte digitale IoT-Umgebung. Denn auf vergleichbare Weise werden künftig Akteure unterschiedlichster Branchen den Status ihrer Lieferketten, Produktionsanlagen, Produkte und/oder Dienstleistungen Cloud-basiert in Echtzeit beobachten und damit deutlich schneller reagieren können.

So werden die Digitalisierung und das Internet der Dinge zahlreiche Geschäftsprozesse vereinfachen und eine ganze Reihe neuer Prozesse überhaupt erst ermöglichen. Erforderlich dafür ist – auch das zeigte die Cape to Cape Challenge – ein herstellerübergreifendes Zusammenspiel für die automatisierte Erfassung, Aggregation und Cloud-basierte Auswertung der anfallenden Daten, ebenso die flexible Bereitstellung der Ergebnisse mittels APIs sowie eine einzigartige „Digital Experience“ in benutzerfreundlichen Systems of Engagement.

Für die Umsetzung solcher Digital-Anwendungsfälle sollten sich Unternehmen und Organisationen deshalb rechtzeitig die erforderliche Beratungskompetenz zur Technologie wie auch zu den datenschutzrechtlichen Regularien ins Haus holen. Denn die Digitalisierung und das Internet der Dinge nähert sich – und zwar mit Rekordgeschwindigkeit.

Ralf Kremer ist Enterprise Architekt und Berater für Digital Transformation Apps and Technology bei HPE Advisory and Consulting, Enrico Stark ist Head of Digital Transformation Apps and Technology bei HPE Advisory and Consulting.