Die „persönliche Wolke“ oder die Cloud im Büro – Anwendung von Virtualisierungslösungen in unserem EIP-AGRI Projekt

Unser EIP-AGRI Projekts „Entwicklung und praxisnahe Anwendung eines Precision Farming-Systems zur Sicherung flächenhafter Schutzgüter (z. B. archäologische Bodendenkmale) auf ackerbaulich genutzten Flächen“ geht jetzt in das zweite Jahr.

Schutz bedeutet speziell in diesem Projekt die Bearbeitungstiefen über den Denkmälern zu beschränken, um diese dauerhaft im Boden zu erhalten und nicht mit Grubber, Meißel oder Pflug zu zerstören.

Die Schlüsselkomponente des Projekts ist das sogenannte Precision Farming-System (PFS). Dieses ist für den Datentransfer der bereitgestellten Geometriedaten der Schutzgüter (u.a. Flächendaten zu den Denkmalen von der Landesarchäologie), deren Vorverarbeitung (u.a. Zuordnung von Bearbeitungstiefen) und dem Transfer zum Terminal auf dem Schlepper (Anpassen von ISOXML Aufträgen, Datensynchronisation via WLAN) zuständig.

Wie bekommt man dieses PFS beim potenziellen Anwender sicher und stabil zum Laufen? Klassisch wird eine Software erstellt und diese auf einem Kundenrechner installiert. Wie man aus den Erfahrungen mit klassischer Desktopsoftware weiß, kommt es dabei sehr (zu) oft zu Problemen. Der Grafiktreiber passt nicht, Bibliotheken sind in einer „falschen“ Version auf dem Rechner und damit gibt es Schwierigkeiten mit der Software. Noch komplizierter wird es, wenn mehrere Applikationen installiert werden müssen, wie ein Geoinformationssystem, eine Datenbank und diverse Softwarekomponenten. Und das auf verschiedenen Kundenrechnern mit unterschiedlicher Hardware und Betriebssystemen. Nach der Installation muss alles manuell konfiguriert und laufend aktuell gehalten werden. Dazu kommen diversen Updates und Aktualisierungen aller Applikationen, um „reibungslos“ zusammen funktionieren zu können.

Diese Probleme sind in der Informationstechnik (IT) nicht neu und daher gibt es dafür Lösungen. Ohne solche Lösungen wäre der Betrieb von Rechenzentren und Serverfarmen wie die für Google, Facebook und diversen Cloudapplikationen nicht möglich. Dabei kommen folgende Techniken zum Einsatz:

Virtualisierung

Bei der Virtualisierung wird mithilfe von Software Hardware simuliert und ein virtuelles Computersystem erstellt. Ein virtuelles Computersystem – als „virtuelle Maschine“ (VM) bezeichnet – ist ein vollständig isolierter Softwarecontainer mit einem Betriebssystem. Jede eigenständige VM ist völlig unabhängig. Die Nutzung mehrerer VMs auf einem einzigen Computer ermöglicht die Ausführung mehrerer Betriebssysteme und Anwendungen auf nur einem physischen Server oder „Host“. Damit kann in Rechenzentren leistungsstarke Hardware besser ausgelastet werden. Ein für unser Projekt wesentlicher Vorteil von Virtualisierung ist, dass die simulierte Hardware in den VMs immer gleich gehalten werden kann, egal welches Betriebssystem auf dem Rechner läuft und welche Hardwarekomponenten er beinhaltet. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich die VMs einfach auf einen anderen Computer kopieren und dann nutzen lässt. Wir arbeiten hier mit der VirtualBox von Oracle.

Abbildung 1: Wir nutzen die freie Virtualisierungslösung VirtualBox von Oracle

Uns ermöglicht diese Virtualisierung eine einheitliche Basis für das PFS bereitzustellen, egal ob auf einem Einzelrechner, einem Server oder in einem lokalen Netzwerk.

Container-Technik „Docker“

Docker ermöglicht es, flexibel und zeitsparend komplexe Softwareumgebungen zu reproduzieren. Wenn, wie im PFS, mehrere Applikationen bereitgestellt werden müssen (Geoinformationssystem, Datenbank, diverse Softwarekomponenten) lassen sich diese einfach und schnell aufsetzen. Man muss keine Rücksicht auf Software-Abhängigkeiten, Bibliotheksversionen oder Paketquellen usw. nehmen. Basis sind die Container, jede Applikation wird in einen eigenen Docker-Container gesteckt, abgetrennt und ist somit geschützt vor den anderen, trotzdem bzw. gerade deshalb ist eine stabile Zusammenarbeit der Komponenten möglich.
Für den Entwickler ist es einfacher, seine entwickelten Anwendungen in einen Container zu verpacken, und diesen auf ein Produktionssystem zu bringen, ohne die Funktionalität der Applikation in einem anderen Container zu gefährden.

Abbildung 2: Die Container-Technik wird bereitgestellt durch die freie Software Docker

Fazit

Wir nutzen im Projekt aktuelle Technologien aus der Welt der Cloud-Rechenzentren für eine effiziente Umsetzung unserer Projektziele. Dies ermöglicht uns die gleiche Effizienz und Performanz der Softwarebereitstellung von cleveren Cloudlösungen aber auf lokalen Rechnern.

Klassische Cloudlösungen im Netz nutzen wir zu Zeit hauptsächlich, um verschlüsselte Sicherungen unserer Daten gesichert vor Brand, Wasser, Blitz und Einbruch aufzubewahren.

Zum EIP-AGRI Projekt

Die Laufzeit des Projekts beträgt drei Jahre (2016 – 2018) und wird gefördert vom Sächsischen Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie. Das Projekt ist ein Vorhaben nach der Richtlinie des Sächsischen Staatsministeriums für Umwelt und Landwirtschaft zur Förderung der Landwirtschaft, der Europäischen Innovationspartnerschaften (EiP AGRI) und des Wissenstransfers einschließlich Demonstrationsvorhaben im Rahmen des Entwicklungsprogramms für den ländlichen Raum im Freistaat Sachsen(Förderrichtlinie Landwirtschaft ,Innovation, Wissenstransfer-RL LiW/2014). Teil: Europäische Innovationspartnerschaft “Landwirtschaftliche Produktivität und Nachhaltigkeit” (EIP AGRI) vom 15.12.2014.

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