Smart Computing

Smart Computing bezeichnet ein Technologiefeld in dem vernetzte Systeme eine intelligente Umgebung schaffen, die den Menschen im Alltag unterstützen. Konzepte, die Smart Computing folgen, sind das Internet der Dinge, Smart Home und mobile Assistenzsysteme.
Bei Smart Computing geht es darum, Rechenleistung auf kleinstem Raum unterzubringen oder Rechenleistung durch Vernetzung verfügbar zu machen. Durch die Vernetzung kann man Rechenleistung und Funktionen auslagern, um jeden Gegenstand "smart" zu machen.

Technologisch basiert Smart Computing auf einer leistungsfähigen Vernetzung von mobilen und Cloud-basierten Systemen, die über künstliche und verteilte Intelligenz verfügen.

Ubiquitous Computing

Ende der 1980er Jahre schrieb der US-amerikanische Computerwissenschaftler Mark Weiser einen Aufsatz mit dem Titel "Der Computer für das 21. Jahrhundert". Er beschrieb darin seine Idee einer digitalisierten Welt, in der Computer im Hintergrund viele Dinge des täglichen Lebens für uns erledigen. Er nannte das "Ubiquitous Computing". Mit diesem Begriff wird das "allgegenwärtige Rechnen" bezeichnet.
Nach Mark Weiser würden im 21. Jahrhundert die Computer als einzelne Geräte verschwinden und durch "intelligente Gegenstände" ersetzt, die für uns arbeiten, ohne dabei aufzufallen. Ohne es zu wissen und so zu benennen hat er damit die Grundidee eines "Internet der Dinge" vorausgesagt.
Mark Weiser stellte sich eine Welt vor, in der die Geräte selbst mit ausreichend Intelligenz ausgestattet sind, um eigene Entscheidungen zu treffen. Allerdings sieht das "Internet der Dinge" heute ein wenig anders aus. Die "smarten Geräte" sind meist nur dumme Terminals oder Sensoren bzw. Aktoren. Die eigentliche Rechenleistung findet im Backend in der Cloud statt. Es gibt zwar Ansätze, Endgeräte mit künstlicher Intelligenz (KI) auszustatten. Doch die kommerziellen Anbieter möchten gerne Dienste aus ihrer Cloud anbieten.

Eigenschaften smarter Geräte

  • Bauweise: kleine und mobile Geräteformen
    • Optimierung auf geringen Platzbedarf
  • Energieversorgung: Akku- oder Batterie-Betrieb
    • Optimierung auf geringen Energieverbrauch
  • Rechenleistung: Performance pro Watt
    • Optimierung auf optimales Energieverbrauchs-Rechenleistungsverhältnis
  • Anwendung: bedarfsweise Nutzung
    • Optimierung auf autarker Betrieb

Rechenleistung: zentral oder dezentral

Die ersten Computer waren groß, teuer und schwer zu bedienen. Erst später mit steigender Miniaturisierung wurden Personal Computer (PC) erschwinglich und erlebten ihren Siegeszug. Die Rechenleistung wurde von einem ursprünglich zentralen System auf viele dezentral verteilte Computer transferiert. Heute tendiert die IT-Welt wieder stärker in Richtung Zentralisierung der Rechenleistung.

Was bedeutet "smart"?

Wir sprechen gerne von "smarten Geräten". Zum Beispiel Heizungsthermostat, Lichtschalter oder Türöffner. Aber wirklich "smart", also "intelligent", sind diese Geräte nicht. Erst mit einer zentralen Steuereinheit, ein Gateway oder die Cloud wird das Gesamtsystem mit Entscheidungsbefugnissen ausgestattet. Die meisten smarten Geräte sind Sensoren und Aktoren und im Grunde nur Zustandslieferanten oder -empfänger. Das heißt, diese Geräte überlassen Daten einer zentralen Steuereinheit, die über die Entscheidungskompetenz bzw. Intelligenz verfügt und von der die Kommandos ausgehen. Fast alle Smart-Computing-Konzepte kommen ohne eine zentrale Steuerung nicht aus. Manches, was uns als "smart" verkauft wird, ist nur eine Fernsteuerung per Smartphone.

Doch wie müsste ein System funktionieren in dem die Geräte wirklich "smart" sind? Ein Beispiel: Wenn der Helligkeitssensor feststellt, dass es "hell" wird, dann teilt er den Zustand einer Steuereinheit mit. Er könnte aber auch direkt dem Antriebsmotor einer Jalousie anweisen hochzufahren. Eine zentrale Steuerung wäre für diese einfache Logik nicht nötig. Allerdings muss irgendjemand in diesem Szenario definieren, wer die Entscheidungskompetenz hat. Zum Beispiel die Jalousie. Dafür muss ein hoher Grad an Interoperabilität aller beteiligter Geräte vorhanden sein. Außerdem muss irgendwo eine Konfigurationoberfläche vorhanden sein, um diese Funktionalität zu bewerkstelligen.

Weil eine dezentrale Systematik nicht so einfach umzusetzen ist, entwickelt sich eine Smart-Computing-Landschaft in der viele verschiedene Anbieter versuchen ihre Kunden in ihr eigenes und meist geschlossenes Ökosystem zu ziehen. Es existieren zwar in verschiedenen Bereichen Standards, aber eine übergreifende "Kommunikation zwischen den smarten Geräten" findet selten statt.

Deshalb werden heute Gateways und Cloud-Lösungen eingesetzt, die Sensordaten entgegennehmen, als Übersetzer fungieren und die Steuerbefehle an Aktoren verteilen. Fast alle Anwendungen befinden sich in der Cloud und funktionieren ohne die Cloud nicht.

Internet der Dinge / Internet of Things (IoT)

Die Begriffe "Internet der Dinge", "Internet of Things (IoT)" oder gar "Internet of Everything (IoE)" sind Überbegriffe für die Vernetzung jeglicher elektronischer Geräte und Alltagsgegenstände, die untereinander eine Kommunikation führen.

Industrie 4.0

Mit den Schlagwörtern "Smart Factory", "Digital Factory", "Industrial IT" und "Industrie 4.0" fließen die gesellschaftlichen und technischen Entwicklungen der Digitalisierung in die produktive Arbeitswelt und industrielle Wertschöpfung ein.

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