IoT-sektorilla yksi aihe on tällä hetkellä kaikkien huulilla: turvallisuus. Uudet turvamääräykset ovat todennäköisesti tämän hetken tärkeimpiä laite- ja konevalmistajien haasteita. Lisäksi suuntaus kohti tekoälyn hyödyntämistä ja entistä kattavampaa liitettävyyttä voimistuu – nämä tekniikat tulevat merkittävästi yleistymään käytännön toteutuksissa.

Turvatekniikoiden kysyntä kasvaa jatkuvasti erityisesti koneiden ja infrastruktuurien kohdalla. Suunniteltu turvallisuus eli ’Security by design’ on nyt myös laillisesti vahvistettu käsite, jolla varmistetaan, että ulkopuolinen manipulointi voidaan sulkea pois aina, kun se on mahdollista. IEC 62443 on kansainvälinen kyberturvallisuuden standardi, joka on tarkoitettu teollisuuden automaatio- ja ohjausjärjestelmille.

Kontron työskentelee parhaillaan tämän sertifioinnin viimeistelemiseksi. EU:n koneasetuksen 2023/1230 mukaan koneiden valmistajilla ja käyttäjillä on vielä vajaat kolme vuotta aikaa täyttää koneita ja järjestelmiä koskevat uudet vaatimukset.

Tämän saavuttamiseksi sekä tietokonejärjestelmän kehitys- että tuotantoprosessissa on varmistettava, että haittaohjelmat eivät pääse missään vaiheessa laitteistoon tai ohjelmistoon. Toimittajien on kyettävä eliminoimaan viimeisimmät tietoturva-aukot välittömästi ja korjaamaan virheet.

Tässä tulevat esiin uudet ratkaisut kuten KontronOS. Tämä käyttöjärjestelmä koostuu minikokoisesta standardi-Linuxista, mutta se kattaa kaikki toiminnot, joita asiakkaat tyypillisesti tarvitsevat. Alusta etsii jatkuvasti uusia uhkia ja haavoittuvuuksia, ja tietoturva-aukot korjataan automaattisesti päivityksin.

Kuva 1. Linux-pohjainen KontronOS-käyttöjärjestelmä on kehitetty IoT-ratkaisujen tietoturvaan ja datansuojaukseen osana kokonaisvaltaista digitalisointiratkaisua. Kontron susietec -työkalupakettiin kuuluu nyt 10 erikoisohjelmistoa ja 9 laitteistoa, jotka kommunikoivat saumattomasti toistensa kanssa IoT- ja Industry 4.0 -konseptien tarjoaman potentiaalin hyödyntämiseksi.

Tämä tarjoaa koneiden ja järjestelmien valmistajille sekä lääkinnällisten laitteiden toimittajille tärkeän rakennuspalikan uusien määräysten täyttämiseksi. Vaikutukset tuntuvat jo markkinoilla: käytännössä jokainen uusi tarjous sisältää jo tämän ohjeellisen vaatimuksen. Entistä vahvempi suojaus palvelee markkinoiden kaikkia toimijoita.

Tekoäly vyöryy edelleen

ChatGPT:n käynnistämä AI-hehkutus vaikuttaa teollisuuteen epäsuoremmin. Siellä tekoälyn hyödyntämisen painopiste on edelleen selkeästi kuvankäsittelyssä, erityisesti laadunvalvonnan ja tuotannon optimoinnin sekä tuotantoympäristön valvonnan ja turvallisuuden varmistamisessa. Kaikki valmistajat tekevät lujasti töitä toteuttaakseen tarvittavat rinnakkaisprosessit entistä tehokkaammin laitetasolla, mukaan lukien yhteydet muihin koneisiin ja järjestelmiin.

Monet uudet tuotteet esimerkiksi Nvidialta ja muilta markkinajohtajilta ovat nyt huomion kohteena. Tämä koskee erityisesti grafiikkaprosessoreita, jotka voivat huomattavasti nopeuttaa tekoälysovelluksia. Valmistajat näkevät järjestelmien suorituskyvyn kasvavan merkittävästi, kun tekoälyn päättelykykyä kiihdyttävä AI IP integroituu prosessoreihin (Inference Accelerator).

Sellaiset yritykset kuin TI, NXP, Hailo ja Broadcom integroivat tällä hetkellä tekoälykiihdyttimiä ARM-pohjaisiin, niukasti tehoa kuluttaviin ja kustannustehokkaisiin laskenta-alustoihin. Alustoja voidaan hyödyntää monenlaisissa ympäristöissä kuten reunajärjestelmissä, kameroissa ja erityyppisten ajoneuvojen kuljettajia avustavissa järjestelmissä. Tärkeitä autonomisen ajamisen sovellusskenaarioita löytyy myös rautatiekuljetuksista, tehdaslogistiikasta, rakennusalan koneista ja maatalouden sadonkorjuukoneista.

Intel ja AMD puolestaan tarjoavat tehokkaita laskentajärjestelmiä, joita tarvitaan tekoälymallien kouluttamiseen. Opetusta voidaan ajaa erillisissä tehokkaissa koneissa tai pilvessä, joka tarjoaa vielä lisätehoa entistä pienemmällä virrankulutuksella.

Tekoäly vaatii verkkoyhteyksiä

Liitettävyys verkkoon on edelleen keskeisellä sijalla myös 5G- ja WiFi 6 -tekniikoiden yleistyessä. Vaikka 5G-pohjaisia kampusverkkoja (CAN) on toistaiseksi toteutettu lähinnä malliprojekteina, tekniikan entistä laajempi käyttö on jo alkamassa. Keskeinen syy tähän on tarve lisätä langattomien yhteyksien turvallisuutta ja vakautta sekä kasvattaa datamääriä eri prioriteeteilla ja palveluilla.

Hallittava datansiirtonopeus kasvaa dramaattisesti tekoälyn, reaaliajassa toimivien ohjaimien ja lisääntyneen videoliikenteen sekä kuvankäsittelyn vuoksi. Sekä lääketieteellisessä ympäristöissä että teollisuudessa yhdistetään monimutkaisia järjestelmiä entistä joustavammin pieniksi, helposti siirrettäviksi laiteyksiköiksi.

Tästä syystä monimutkaisista kaapeloinneista on tulossa suuri ongelma, joten niiden on väistyttävä langattoman tekniikan tieltä. 5G-tekniikka on tässä välttämätöntä. Sen merkitys kasvaa myös autonomista ajamista tukevissa järjestelmissä.

Kontronin lähestymistapa 5G-ympäristössä on tarjota sekä edullisia 5G-yhteensopivia päätelaitteita että verkkoinfrastruktuuria yksityisenä 5G-verkkona. Näin voidaan tarjota pitkälle kehitettyjä kokonaisratkaisuja yhdestä ja samasta lähteestä. Radiomoduuleja valmistavan Telit-yhtiön keskeisten osien ostaminen sekä Kontron Slovenian erikoistuminen 5G-yksityisverkkojen tekniikkaan on laajentanut yhtiön resursseja.

Projektit ovat toistuvasti osoittaneet, että integrointi on usein monimutkaista ja riskialtista, kun erilaisten palvelujen tarjoajat on tuotava yhteen. Kontronin lähestymistavalla integrointipalvelusta tulee olennainen osa täydellistä harmonisoitujen tekniikoiden pakettia, joka tarjoaa tuki- ja palvelutoiminnot yhdestä ja samasta palvelupisteestä.

Erityisesti tehdasautomaatiossa tuotteet on integroitava suuriin tuotantojärjestelmiin ja niillä on oltava rajapinnat turvalliseen ja deterministiseen tiedonsiirtoon. Ajan suhteen kriittisellä TSN-verkolla (Time-Sensitive Network) ja tulevaisuuden TSN-over-5G-tekniikalla on keskeinen osa tässä.

Kuva 2. Kontronin TSN-aloitussarja mahdollistaa aikakriittisten TSN-verkkojen konfiguroinnin ja valvonnan laitteiston/ohjelmiston päivitysratkaisuna nykyisille logiikoille, PC-bokseille, yhdyskäytäville ja teollisuuspalvelimille. PCI Express -kortin ja sopivan ohjelmiston avulla IPC-ohjaimet voidaan asentaa jälkikäteen TSN-toimintaa varten.

Teollisten sovellusten lisäksi on nähtävissä vahvaa innovointia tehtäväkriittisen viestinnän ja matkustajille tarjottavan viihteen sovelluksissa erityisesti rautatieliikenteessä. Sielläkin Kontron on intensiivisesti mukana kehitystyössä 5G-tekniikan mukauttamiseksi palvelemaan mahdollisimman turvallista rautatieliikennettä tulevaisuudessa.

Suosittuja korttityyppejä

Monipuolisuutensa ansiosta SMARC-rakenteisilla (Smart Mobility ARChitecture) moduuleilla on edelleen keskeinen asema. Pienet energiaa säästävät COM-moduulit (Computer-on-Module) sopivat erityisesti räätälöityihin ratkaisuihin, joissa emolevyä ei voi käyttää vakioratkaisuna fyysisen koon tai suunnittelun asettamien speksivaatimusten vuoksi.

Teolliseen käyttöön saatavien standardikokoisten emolevyjen laajan valikoiman lisäksi saatavilla on myös COM Express- ja HPC-rakenteisia (High Performance Computing) moduuleja. Näin laitevalmistajat voivat käyttää moduulialustoja, jotka voidaan joustavasti mukauttaa omaan suunnitteluun ja silti hyötyä laajojen standardirakenteisten moduuliperheiden mittakaavaedusta. Tyypillisiä sovellusmahdollisuuksia löytyy teollisuusautomaation lisäksi esimerkiksi vähittäiskaupassa käytettävistä elektronisista vaakalaitteista.

Kuva 3. Kontronin uusi COM-HPC-palvelinmoduuli COMh-sdID perustuu Intelin Xeon D-2800 -prosessoriin. COM-Express-moduuli COMh-sdIL puolestaan perustuu Intelin Xeon D-1800 -prosessoriin. Moduulit tarjoavat pienessä koossa sovelluskehittäjille korkeaa skaalautuvuutta ja joustavuutta huipputason reunalaskentasovelluksiin.

Myös konevalmistajien on entistä helpompi kehittää uusia toimintoja moduulialustan pohjalta. Osaltaan hyötyä saadaan standardeista, mutta myös helposta vaihdettavuudesta siinä tapauksessa, että syntyy tarve kääntyä toisen moduulitoimittajan puoleen. Toisaalta suorituskykyä voidaan skaalata tuotteen koko elinkaaren aikana yksinkertaisesti vaihtamalla alustalle yhteensopiva uudemman sukupolven moduuli.

Toimitusketjun dynamiikka haltuun

Toimitusketjuihin ja toimitusten pullonkauloihin liittyvät ongelmat ovat helpottuneet huomattavasti. Dynamiikan näkökulmasta kukaan ei voi kuitenkaan ennustaa, millaisia haasteita markkinat kohtaavat lähitulevaisuudessa. Toimituskapasiteetti on edelleen keskeinen kysymys kaikille IoT-ratkaisujen tarjoajille.

Kontron esimerkiksi panostaa entistä korkeampiin varastotasoihin ennusteiden perusteella. Kaikille komponenteille on tarjolla myös toinen lähde, ja vaikeasti saatavilla olevia komponentteja on viime vuosina suunniteltu uudelleen.

Helpotusta osaajapulaan

Erityisesti keskisuuret yritykset ovat ymmärtäneet, kuinka haastavaa on hallita monia uusia tekniikoita ja turvallisuusvaatimuksia rinnakkain. Rajallisten resurssien ongelma näkyy varsinkin tuotekehityksessä.

Tärkeänä tavoitteena on helpottaa asiakkaiden lukuisia kehitystehtäviä käyttämällä valmiiksi kehitettyjä moduuleja ja tarjoamalla asiantuntemusta projektien ohjelmistokehitykseen. Erityisesti tähän tarkoitukseen Kontron on kehittänyt ratkaisun nimeltä susietec.