Cloud-Architektur für Internet der Dinge: Freie Rechenleistung smarter Haushaltsgeräte wird nutzbar

Im Jahr 2020 sollen uns mehr als 25 Milliarden Geräte umgeben, die permanent im Internet der Dinge (Internet of Things - kurz IoT) miteinander verbunden sind. Ob selbst lernende Thermostate, smarte LED-Glühbirnen oder die WLAN-Personenwaage, die Gewicht und Körperfettgehalt an die Smartphone-App sendet: In allen Geräten schlummert reichlich ungenutzte Prozessorleistung. Ein Forscherteam der University of Alabama hat eine Cloud-Infrastruktur vorgestellt (PDF), die all die lokalen Ressourcen anzapfen soll.

Sie heißt Aura und baut ein Ad-Hoc-Netzwerk zu allen freien IoT-Geräten in der Umgebung auf, das dem Anwender dank der Parallelisierung der einzelnen Mikroprozessoren eine flexible Steigerung der Rechenleistung ermöglicht. Speziell im urbanen Raum, wo potenziell viele IoT-Geräte sind, würde man von der zusätzlichen Leistung profitieren.

Das System soll sich nahtlos in die physische Umgebung einfügen, während im Hintergrund permanent die optimale Konstellation aller Einheiten abgestimmt wird. Dies erhöht die Latenz und soll die Berechnungen so weit wie möglich in der physischen Nähe des Anwenders konzentrieren, der sich im Raum laufend fortbewegen kann.

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Der Anwender kommuniziert mit dem Controller, der alle Aufgaben mit den IoT-Geräten abwickelt. (Bild: University of Alabama)

Home-Automation ist erst am Anfang

Bei IoT-Geräten kommen meistens integrierte Lösungen wie ein System-on-a-Chip (SoC) zur Anwendung, deren CPU-Takt stark variieren kann. Viele große Unternehmen wie Mediatek und Qualcomm haben den Trend bereits erkannt und bieten eigene SoC-Designs für dieses Segment an. Am bekanntesten ist ARMs Cortex-M-Familie, die sich deutlich von der etablierten A-Familie für den Smartphone- und Tablet-Bereich unterscheidet.

Während die Cortex-A-Serie auf vergleichsweise hohe Taktraten, viele Threads und Multimedia-Anwendungen zugeschnitten ist, liegt der Fokus bei Cortex-M primär auf Ökonomie und Sparsamkeit. Die Speicherverwaltungseinheit wird hier gestrichen, da kein modernes Betriebssystem zur Anwendung kommt. Die Mehrzahl der Geräte, die das Internet der Dinge ausmachen, sind Embedded-Systeme mit Echtzeitbetriebssystem (RTOS).

Philips setzt bei seinem beliebten WLAN-Lampensystem Hue auf den Cortex-M3-Prozessor, der in einem SoC von ST Microelectronics integriert ist (STM32F217VE) und mit 120 MHz läuft. Andere Hersteller gehen deutlich anspruchsvoller an die Sache heran: Google verbaut in den Nest-Thermostaten der zweiten Generation einen Cortex-A8, der im SoC von Texas Instruments (AM3703CUS) mit bis zu 1 GHz taktet. Aura birgt somit viel Potenzial, die freien Leerlaufkapazitäten solcher Embedded-Systeme zu nutzen, da es auf die Performance-Unterschiede skaliert.

Ob die Hersteller im Bereich der Home-Automation vermehrt auf sparsamere Mikroprozessoren setzen werden, die weniger freie Ressourcen bieten, ist ungewiss. Die Zahl der Geräte wird aber in jedem Fall exorbitant ansteigen, da in immer mehr Lebensbereichen moderne Mess-, Steuerungs- und Sensortechnik eingesetzt wird.