Was ist der Unified Namespace (UNS)? Einfach erklärt.

Der Unified Namespace (UNS) ist ein zentraler Begriff von wachsender Bedeutung im Bereich der industriellen Kommunikation und Datenverarbeitung. Doch was genau verbirgt sich hinter dem Unified Namespace (UNS) und welche Vor- und Nachteile bietet er? Der folgende Artikel betrachtet die wesentlichen Merkmale des Architektur-Konzepts.

Welche Probleme löst der Unified Namespace (UNS)?

Der Unified Namespace (UNS) löst mehrere zentrale Probleme in der industriellen Kommunikation zwischen Betriebs- (OT) und Informationssystemen (IT). Neben der Vielfalt an Systemen und Anwendungen führen in der Praxis proprietäre Schnittstellen zu folgenden Herausforderungen:

1. Daten-Silos: In vielen industriellen Umgebungen existieren Daten in isolierten Silos, die nur schwer miteinander kommunizieren können. Der UNS verbindet diese Silos und ermöglicht einen nahtlosen Datenaustausch.
2. Interoperabilität: Unterschiedliche Geräte und Systeme von verschiedenen Herstellern können oft nicht direkt miteinander kommunizieren. Der UNS fördert die Interoperabilität, indem er eine gemeinsame Datenplattform für alle Geräte und Systeme bereitstellt.
3. Skalierbarkeit: In herkömmlichen Systemen kann die Skalierung aufgrund der Vielzahl individueller Integrationen und Verbindungen herausfordernd sein. Der UNS ermöglicht eine einfachere und effizientere Skalierung durch eine einheitliche Struktur.

Was ist der Unified Namespace (UNS)?

Der UNS ist ein Architektur-Konzept, das darauf abzielt, alle Daten eines Unternehmens in Echtzeit zentral zugänglich zu machen. Das Konzept wurde maßgeblich von Walker Reynolds (LinkedIn) geprägt, einem Systemintegrator und Industrie 4.0 Influencer. Im Kern handelt es sich dabei um eine standardisierte Schnittstelle, die es ermöglicht, Informationen aus verschiedenen Quellen zu integrieren und zu verteilen. Daher wird der UNS oftmals mit einem digitalen Nervensystem verglichen, das alle Datenströme eines Unternehmens koordiniert. Damit bietet der UNS die architektonische Grundlage für die digitale Transformation eines Unternehmens.

Zusammengefasst ist der UNS:

1. Single Source of Truth: Der UNS ist die zentrale Datenquelle für das gesamte Unternehmen. Alle Abteilungen und Systeme greifen auf dieselben Daten zu, wodurch Inkonsistenzen und Redundanzen vermieden werden.
2. Zentrale Datenschnittstelle: Der UNS ist eine zentrale Schnittstelle zur Verteilung und Koordination aller OT- und IT-Daten. Dies erleichtert die Verwaltung und den Zugriff auf Daten erheblich, indem es eine einheitliche Datenplattform für alle Systeme bereitstellt.
3. Open Architecture: Der UNS basiert auf einer offenen Architektur. D.h. Geräte und Systeme von verschiedenen Herstellern können nahtlos integriert werden. Dadurch wird die Erweiterbarkeit und Flexibilität bei der Einführung neuer Technologien gewährleistet.

Wie funktioniert der Unified Namespace (UNS)?

Der Unified Namespace (UNS) stellt Daten aus verschiedenen Quellen in einem zentralen Message Broker (z.B. MQTT) zur Verfügung. Diese Daten müssen zunächst in eine einheitliche Struktur gebracht werden (Datenharmonisierung), welche es konsumierenden Systemen ermöglicht, diese Daten ohne Mehraufwand zu interpretieren und zu nutzen. Nur dann entsteht ein Mehrwert für die Skalierung. Dabei kommen typischerweise verschiedene Technologien und Protokolle zum Einsatz, um die Interoperabilität zwischen den Systemen zu gewährleisten.

1. Datenintegration: Die Anbindung unterschiedlicher Systeme und Geräte im Netzwerk findet entweder über ein Gateway (Software- oder Hardware) statt oder – sofern das anzubindende System MQTT nativ unterstützt –  direkt über MQTT Pub/Sub.
2. Datenharmonisierung: Die angebundenen Daten folgen einer einheitlichen Datenstruktur und einem einheitlichen Format, um die Kompatibilität mit anderen Systemen und Nutzbarkeit zu gewährleisten.
3. Datenverteilung: Die harmonisierten Daten stehen in einem zentralen Message Broker zur Verfügung. Von dort können die Daten von beliebig vielen Anwendungen und Systemen abonniert werden.

Dabei wird die Datenverteilung im Message Broker über Publish/Subscribe (Pub/Sub) Mechanismen gesteuert. Datenproduzenten (Publisher) senden Daten in den Broker, der diese an alle interessierten Empfänger (Subscriber) weiterleitet. Hierbei spricht man auch von einer asynchronen Kommunikation. Sender und Empfänger können Daten unabhängig voneinander austauschen, ohne gleichzeitig online (bzw. synchron) sein zu müssen. Dies ermöglicht eine flexible und entkoppelte Interaktion zwischen Systemen.

Vorteile auf einen Blick

Die Vorteile des UNS sind vielfältig. Im Wesentlichen beschleunigt die Umsetzung des Architektur Konzepts die digitale Transformation von Unternehmen und minimiert dabei die Aufwände für die Basisarbeit (hinreichende Datenverfügbarkeit und -qualität). Weitere Vorteile sind:

1. Reduzierte Kosten: Durch die Verringerung des Bedarfs an individuellen Schnittstellen und Integrationslösungen können Unternehmen die Implementierungs- und Wartungskosten ihrer digitalen Infrastruktur erheblich senken.
2. Unabhängigkeit von OT-/IT-Systemanbietern: Durch die Nutzung von Open-Source-Technologien im Kern der Architektur (z.B. MQTT) sind Unternehmen nicht mehr an spezifische Anbieter oder proprietäre Lösungen gebunden. Dadurch bleiben die Daten im Besitz der Unternehmen und werden nicht mehr in isolierten Silo Applikationen eingeschlossen. Dies minimiert die Risiken von Anbieterabhängigkeiten.
3. Echtzeit-Datenverarbeitung: Durch die Integration aller Datenquellen in Echtzeit über Publish / Subscribe Mechanismen können Systeme und Unternehmen schneller auf Veränderungen reagieren und Entscheidungen treffen.

Herausforderungen und Lösungen bei der Implementierung

Der UNS ist ein Konzept für die architektonische Gestaltung einer skalierbaren Dateninfrastruktur. Es ist keine „One-Size-Fits-All“-Lösung, die einfach installiert und sofort einsatzbereit ist. Vielmehr bedarf es der richtigen Tools, Organisation, Prozesse und Vorgehensweise um einen UNS erfolgreich zu implementieren. Zwei wesentliche Herausforderungen sind:

• Setup- und Betriebsaufwand: Die Aufwände für das Setup und den Betrieb einer UNS-Architektur, einschließlich Integrationsaufwände, Updates und Anpassungen, werden oft unterschätzt. Grundsätzlich gilt: Je mehr Systeme und Daten im Unternehmen vorhanden sind, desto größer sind die Vorteile des UNS. Für eine nachhaltig erfolgreiche Implementierung sollten diese Vorteile die Aufwände deutlich übersteigen. Tools wie i-flow können dabei helfen, den Aufwand für Setup und Betrieb minimal zu halten und die Effizienz zu steigern.
• Integration heterogener Datenquellen: Traditionell erfordert die Integration verschiedener Systeme und Protokolle viel manuelle Arbeit und individuelle Anpassungen. Obwohl der UNS die Datenverteilung durch eine standardisierte Datenschnittstelle stark vereinfacht, muss die erstmalige Integration in den UNS dennoch erfolgen. Die Komplexität dieser Integration ist insbesondere im Bereich OT eine Herausforderung. Auch hier können Tools wie i-flow unterstützen, den Aufwand zu minimieren und die Integration effizienter gestalten.
• Single Point of Failure: Ein UNS kann ein Single-Point-of-Failure sein. Fällt der UNS aus, kann dies schwerwiegende Auswirkungen auf alle verbundenen Systeme haben. Um dies zu vermeiden, werden in der Praxis robuste Redundanzstrategien implementiert. Diese umfassen z.B. verteilte Architekturen und automatische Failovers. Tools wie i-flow unterstützen dabei, Redundanzen zu implementieren.

Fazit

Der Unified Namespace (UNS) ist ein zentrales Konzept zur Lösung von Daten-Silos und Interoperabilitätsproblemen in der industriellen Kommunikation. Das Konzept bietet eine einheitliche, zentrale Datenschnittstelle, die Echtzeit-Datenverarbeitung und nahtlose Integration verschiedener Systeme ermöglicht. Dies fördert die digitale Transformation und senkt langfristig Kosten. Allerdings kann es aufgrund der Komplexität in der Praxis herausfordernd sein, das Konzept nachhaltig in der Unternehmensorganisation zu implementieren. Hierbei bedarf es der richtigen Tools, Organisation, Prozesse und Vorgehensweise. Eine Schritt für Schritt Anleitung zur erfolgreichen Implementierung finden Sie hier.