Flexible Prozesse in der Landwirtschaft und ein Kompetenzzentrum für urbane Daten Prestige-Projekte für Managed Kubernetes von Syseleven

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Cloud-nativ muss es sein und es soll Kubernetes zum Einsatz kommen. So will es die Tegel Projekt GmbH, die ein Kompetenzzentrum für urbane Daten betreut, das für den ehemaligen Flughafen gedacht ist. Den Wunsch teilt die Farmfacts GmbH, die von VM-Hosting zu Containern gewechselt ist. Hilfe und Heimat finden die Organisationen nun bei Syseleven.

Wo bis 2020 noch alle paar Minuten ein Flugzeug in den Himmel donnerte, rattern und stampfen jetzt Baumaschinen: Auf dem Gelände des ehemaligen Flughafens Tegel entsteht das neue „Schumacher-Quartier“ mit Wohnraum für bis zu 10.000 Menschen, dazu der Forschungs- und Industriepark „Urban Tech Republic (UTR)“ – sowie ein Kompetenzzentrum für urbane Daten, der „FUTR HUB“. Hierfür hat die mit der Entwicklung betraute Tegel Projekt GmbH eine Cloud-Native-Infrastruktur mit Managed Kubernetes errichtet.

Die Technische Infrastruktur für BerlinTXL

Eine gute Stadtplanung, die Lebensqualität verbessern, Ressourcen nachhaltiger nutzen und Innovationen fördern – das sind die Hauptziele der geplanten „Smart City“. Berlin TXL, abgeleitet aus dem Kürzel des alten Flughafens, will in dieser Disziplin zum Champion werden, und der FUTR HUBsoll die technische Infrastruktur dafür bereitstellen. Kern ist eine Datenplattform, die Informationen aus allen Bereichen des urbanen Lebens sammelt, auswertet und bereitstellt – beispielsweise Sensordaten, Geodaten, Gebäudeinformationen als „City-GML“ sowie Building Information Modelling -Daten. (BIM)

Von dieser Infrastruktur soll die Tegel Projekt GmbH als Entwicklungsgesellschaft, die Verwaltung und zukünftig auch die ansiedelnden Unternehmen sowie die Bewohner*innen profitieren: durch intelligentes Regenwasser-Management, durch einen Datenmarktplatz oder Mehrwertdienste, die darüber bereitgestellte Daten nutzen. Auch die im alten Flughafengebäude untergebrachten Bereiche der Berliner Hochschule für Technik, das geplante Innovations- und Gründungszentrum sowie viele andere kommunale Projekte in Berlin und im ganzen Bundesgebiet sollen davon profitieren können.

Wie der verantwortliche Product Owner Christoph Wagner erläutert, ist der Code der Plattform im Sinne von „Public Money, Public Code“ unter Open-Source-Lizenz gestellt. Damit kann er von anderen Innovationsprojekten und Kommunen implementiert und genutzt werden.

Cloud-Native und ohne Lock-in

Aufträge und Investitionen im öffentlichen Bereich müssen anderen Anforderungen genügen als in der privaten Wirtschaft. Beispielsweise beim Ausschreibungsprozess, der bestimmte formale Kriterien erfüllen muss. Auch die Auswahlkriterien sind speziell. Dazu zählen – neben einem wirtschaftlich sinnvollen Betrieb – die Verwendung zukunftsfähiger Technologien, die Modularität der Systeme und Applikationen sowie die Unabhängigkeit von einzelnen Anbietern (Stichwort Vendor Lock-In). Hinzu kommt die Notwendigkeit zur Einhaltung nationaler und europäischer Privacy-Bestimmungen (Stichwort DSVGO) sowie die Möglichkeit, Lizenzen und Lösungen an andere Kommunen und Behörden weiterzugeben. Open-Source-Produkte und „Copyleft“-Lizenzen haben deshalb gute Karten.

Nach dieser Maßgabe schrieb die mit der Steuerung des Gesamtprojekts beauftragte öffentlich-rechtliche Tegel Projekt GmbH Ende 2021 die Bereitstellung und den Support einer gemanagten Kubernetes-Umgebung aus. Kubernetes ist eine – oder inzwischen vielmehr „die“ – Open-Source-Technik für die Orchestrierung von Microservices (kleine, funktional begrenzte Anwendungsmodule). Sie ist nahezu unverzichtbar für modular aufgebaute („containerisierte“) Anwendungssysteme. Mit ihr lassen sich Microservices dynamisch in Containern, Nodes oder Clustern bündeln.

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Kubernetes – oder „K8s“ – wurde von Anfang an für den Betrieb in der Cloud entwickelt. Im Fachjargon: Es ist „Cloud-native“. So lässt sich die Software in unterschiedlichen Cloud-Umgebungen nutzen und bindet die Anwender nicht an einen bestimmten Provider.

Aus diesen Gründen ist Kubernetes auch als Grundlage der FUTR-HUB-Infrastruktur vorgesehen. Zu den projektspezifischen Anforderungen kamen in Tegel Betriebssicherheit und Skalierbarkeit der Software bei großen Datenmengen hinzu.

„Cloud ist der Weg der Zukunft“

Stefan Höffken, Leiter Digitalisierung bei der Tegel Projekt GmbH, zur Entstehung: „Vor der Ausschreibung hatte die Entwicklungsgesellschaft die Grundrisse des K8s-Systems 'prototypisch' entworfen.“ Mit dem Aufbau der Infrastruktur hatte das Projektteam bereits begonnen. Früh stand jedoch fest, dass die Lösung nicht vor Ort gehostet werden sollte.

Als Entwicklungsgesellschaft in der Hand des Landes Berlin ist die Tegel Projekt GmbH den für öffentliche Auftraggeber obligatorischen Forderungen nach Wirtschaftlichkeit und Zukunftsfähigkeit verpflichtet. Was das konkret bedeutet, erläutert Höffken so: „Etwas Eigenes aufzubauen wäre wirtschaftlich und technisch unklug gewesen. Indem wir die Cloud nutzen, können wir skalieren und bei Bedarf den Anbieter wechseln. Kurz gesagt: Die Cloud ist der Weg der Zukunft.“

Bedenken wegen der Auslagerung von Daten habe er keine. Allerdings forderte die Ausschreibung – im Einklang mit der Datenschutzgrundverordnung – das Hosting innerhalb der EU-Grenzen.

Die Entscheidung für den passenden Anbieter wurde nach fachlichen und wirtschaftlichen Kriterien getroffen. Den Zuschlag erhielt der in Berlin ansässige Cloud- und Kubernetes-Spezialist Syseleven. Mit seinen Rechenzentren in der Landeshauptstadt und in Frankfurt am Main erfüllt er nicht nur die DSGVO-Bestimmungen, sondern auch den Wunsch nach einer gemanagten Lösung.

Das Produkt- und Dienstleistungspaket „Metakube“ von Syseleven umfasst neben Bereitstellung und Support der reinen Kubernetes-Installation auch den Betrieb notwendiger Ergänzungen wie Load Balancer, Backup und Recovery, Cluster-Monitoring sowie Dashboards für die Visualisierung der Daten. Die Managed-Kubernetes-Umgebung automatisiert damit einen großen Teil der mit dem Orchestrierungsbetrieb zusammenhängenden Aufwände und macht viele manuelle Tätigkeiten überflüssig. Das ist insbesondere für Anwender mit begrenzten eigenen IT-Ressourcen entscheidend.

'Atmende' SLAs gaben den Ausschlag

Das Angebot von Syseleven habe sich als das beste erwiesen, betont Höffken. Der Anbieter habe durch „flexible Leistungserbringung“ überzeugen können. Die Service Level Agreements (SLAs) sind so formuliert, dass sich der Leistungsumfang rasch und ohne großen Aufwand an den Bedarf anpassen lässt. Oder anders ausgedrückt: Der Kunde zahlt nur das, was er tatsächlich verbraucht.

Die Migration auf die Syseleven-Umgebung wurde im Frühjahr 2022 realisiert. Laut Höffken befindet sich Metakube „sehr nah“ am Standard von Kubernetes, kommt also ohne große anbieterspezifische Anpassungen aus. Das habe den Umstieg auf die Lösung deutlich erleichtert. Zudem erhöhe es deren Wiederverwendbarkeit – und mindere gleichzeitig die Gefahr, in Abhängigkeit vom Kubernetes-Partner, sprich: in den gefürchteten Vendor-Lock-in, zu geraten.

Aufgrund der kurzen Betriebszeit und noch geringen Auslastungen lasse sich noch keine endgültige Bilanz ziehen, räumt Höffken ein. „Wir sind mit der technischen Performance jedoch sehr zufrieden.“ Alle Service-Requests liefen reibungslos über Support-Tickets, und die Reaktionszeiten seien mehr als zufriedenstellend. Last, but not least stelle Syseleven stets „gute, pragmatische Lösungen“ bereit.

Vom Element Luft zur Erde

„Next Farming“, als Marke der Farmfacts GmbH, steht nach Angaben des Anbieters „für individuelle Lösungen und Produkte, mit denen Betriebsprozesse in der Landwirtschaft kosten- und ressourcensparend optimiert werden“. Knapp 30 Prozent der gesamten landwirtschaftlichen Nutzfläche in Deutschland werden mithilfe von Next Farming bewirtschaftet.

In der heutigen Landwirtschaft erfassen die eingesetzten Maschinen große Datenmengen: Je Feld sind es bis zu 500 Sensorwerte, die von vielen Landmaschinen gleichzeitig gesendet werden und zeitnah auszuwerten sind.

Das ist beispielsweise notwendig, um die optimale Menge an Dünger zu ermitteln, gesetzliche Grenzwerte einzuhalten, CO₂-Emissionen zu senken oder den idealen Zeitpunkt für die Ernte festzulegen. Intelligente Software spielt in diesem Bereich eine große Rolle – und sie muss angesichts sich stetig ändernder Rahmenbedingungen wie gesetzlichen Vorgaben möglichst schnell anpassbar sein.

Die Erfordernisse

Ralf Schramm, CTO bei Next Farming, beschreibt, was diese Rahmenbedingungen für die Softwaretechnik bedeutet: „Wir wollten eine performante und flexible IT-Infrastruktur für unsere Agrarsysteme schaffen, mit der wir saisonal stark schwankende Datenmengen schnell verarbeiten und unseren Kunden die gewonnenen Erkenntnisse in Echtzeit zur Verfügung stellen können.“ Die dazu notwendige Technologie sollte zudem herstellerunabhängig funktionieren, bei einem Cloud-Provider der Wahl betrieben und jederzeit migrierbar sein können.

Außerdem muss die eine Speicherung, Verarbeitung und Auswertung großer Datenmengen ermöglicht werden und wie im Falle BerlinTXT höchste Datenschutzanforderungen erfüllen. Die Next- Farming-Kunden sollen die volle Kontrolle über die betrieblichen Informationen erhalten können.

Flexibilität steht ebenfalls außer Frage; denn die Anwendungen müssen sich unter Umständen schnell an die teils hochkomplexen gesetzlichen Regulatorien angepasst werden und trotzdem die Zusammenarbeit mit externen Unternehmen erleichtern können.

Damit ist auch der Weg zu flexiblen und vernetzten Produkten vorgezeichnet. Für diese Szenarien hat sich anstelle von monolithischer Software in den letzten Jahren die Containerisierung von Anwendungen und Services als ideale Grundlage herauskristallisiert.

„Die Verwendung einer Container-Lösung für unsere neue IT-Infrastruktur mache deshalb aus technischer Sicht am meisten Sinn. Seine Argumente gleichen denen Christoph Wagners von der Tegel Projekt GmbH: „Wir haben uns für Kubernetes entschieden, da die Open-Source-Plattform die Entwicklung neuer Agrar-Lösungen beschleunigt und sich bei einem Hosting-Anbieter unserer Wahl betreiben lässt.“ Anhand eines Kriterienkataloges evaluierte Next Farming drei Cloud-Anbieter, darunter die Open Telekom Cloud und Amazon Web Services (AWS). Syseleven hat den Zuschlag erhalten.

Das Projekt: Von VM-Hosting zu Containerisierung

Die Umsetzung des anspruchsvollen IT-Projektes ist von Next Farming in Eigenregie ausgeführt worden. Nach Aufbau und Erstkonfiguration des Grundsystems hat das DevOps-Team die bisher verwendeten Services schrittweise von klassischem VM-Hosting in verschiedene Kubernetes-Cluster migriert. Anfänglich auftretende Latenzprobleme haben sich in Zusammenarbeit mit den Syseleven beheben lassen.

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