Anumite procedee industriale și operațiuni comerciale sunt de o importanță atât de mare, încât a se baza exclusiv pe cloud computing ar putea diminua ritmul productivității și eficiența întregului ansamblu. În astfel de cazuri, tehnologia de calcul de tip ceață (fog computing) se dovedește a fi extrem de utilă.
Domeniul tehnologic este într-o continuă schimbare, iar noile invenții IT câștigă teren pe piață. Conform ciclului Gartner Hype 2022, numeroase tehnologii de procesare și stocare de date atrag o atenție semnificativă într-un timp scurt.
Spre exemplu, stocarea computațională, platformele cloud specifice industriei și arhitectura de securitate cibernetică tip mesh sunt doar câteva dintre acestea. În contextul operațiunilor cloud industriale, o tehnologie emergentă este fog computing, care creează o legătură între edge computing (de mare viteză) și cloud computing (cu viteză medie).
Dacă afacerea ta implică sarcini extrem de importante care necesită o execuție rapidă și un nivel ridicat de securitate, edge computing este o alegere potrivită. Dar ce se întâmplă când hardware-ul edge computing nu poate gestiona volumul de date generate de echipamente la fața locului? În astfel de situații, se apelează la rețelele de tip ceață.
Continuă să citești pentru a înțelege conceptul de fog computing, începând de la bază, și pentru a descoperi resurse de învățare de înaltă calitate, care te vor ajuta să stăpânești acest domeniu în scopuri profesionale sau de afaceri.
Ce este Fog Computing?
Fog computing este o rețea descentralizată de infrastructură de calcul sau prelucrare a datelor, unde resursele de calcul sunt amplasate între dispozitiv (sau sursa datelor) și un centru de date centralizat, sau o infrastructură de cloud computing aparținând unei terțe părți.
Termenul de fog computing a fost introdus de Cisco în 2012, ca alternativă la cloud computing, care se află mai aproape de echipamentele sau aplicațiile unde viteza de procesare a datelor trebuie să fie rapidă, pentru a preveni încetinirea sau erorile.
Ulterior, în 2015, producători importanți de hardware și software precum Intel, Microsoft, Dell Technologies, ARM Holdings și Cisco Systems au format Consorțiul OpenFog pentru a promova dezvoltarea tehnologiei fog computing.
În prezent, fog computing este un concept popular în nișele industriale unde prelucrarea rapidă a datelor este esențială la marginea rețelei cloud. Aceasta are câteva denumiri sinonime, după cum urmează:
- Rețea de tip ceață
- Aburire
Rețeaua de tip ceață este o punte de legătură între edge computing și cloud computing. Pentru a reduce costurile legate de lățimea de bandă și pentru a crește viteza de procesare, procesele de producție activate de IoT, automatizarea casei, sistemele de securitate, etc., pot adopta un nivel suplimentar de putere de calcul numit aburire.
Acest nivel de calcul include stocarea, capacitatea de procesare și aplicații de analiză. Conform unor instrucțiuni predefinite, datele sunt direcționate către o infrastructură de calcul de tip ceață, mai aproape de dispozitivul IoT sau de senzorii care colectează informații din mediul operațional.
Este locul unde este localizat și sistemul de edge computing. Prin urmare, se poate considera că edge computing și fog computing sunt apropiate unul de celălalt, în timp ce cloud computing se află la o distanță mai mare.
Dacă edge computing nu poate prelucra datele, acestea sunt direcționate către un sistem de rețea de tip ceață. Acesta va prelucra datele și va instrui sistemele IoT cu anumite decizii. Ulterior, datele procesate vor fi stocate în cloud, în scopuri de arhivare.
Cum funcționează Fog Computing?
Un cadru de rețea de tip ceață include diverse componente hardware și funcții software, în funcție de aplicația sa industrială.
Acesta include adesea gateway-uri de calcul care colectează date de la mașini inteligente și surse de date aflate la fața locului. De asemenea, o rețea de tip ceață poate primi date de la diverse puncte finale de colectare, cum ar fi switch-uri și routere care conectează active digitale în cadrul unei rețele.
Principiul de funcționare al unui sistem de calcul de tip ceață presupune, în principal, transferul de date către și dinspre dispozitive IoT sau senzori dintr-un mediu IoT. Iată cum are loc transferul de date în timpul procesului de aburire:
- Un controler de automatizare monitorizează semnalele citite de la dispozitivele IoT conectate în rețea, senzori și alte mașini inteligente.
- Controlerul de automatizare rulează o aplicație sau un algoritm programat, care, la rândul său, automatizează echipamentul IoT.
- Acest program preconfigurat utilizează un server OPC Foundation standard pentru a transfera datele către următorul dispozitiv din cadrul rețelei de tip ceață. OPC Foundation este cunoscută și ca Object Linking and Embedding for Process Control (OLEPC) sau Open Platform Communications (OPC).
- Programul poate utiliza și alte gateway-uri.
- O mașină convertește aceste date într-un protocol de date înțeles de diverse standarde de comunicare pe internet, cum ar fi HTTPS sau MQTT (MQ Telemetry Transport).
- Acum, rețeaua de internet sau intranet poate trimite cu ușurință datele convertite către unul sau mai multe noduri de tip ceață, situate la marginea cloud-ului, în scop de analiză.
- Nodurile de tip ceață vor instrui imediat dispozitivele IoT conectate cu privire la ce trebuie să facă, prin analiza semnalului de mediu.
- Ulterior, nodul de tip ceață va stoca datele pe un server cloud la distanță, în scop de audit, analiză și arhivare.
Acum, haide să analizăm pe scurt diferența dintre fog computing și edge computing.
Fog Computing vs. Edge Computing
Principala diferență dintre rețelele de tip margine și cele de tip ceață este locul unde se află puterea de calcul.
În Edge computing, puterea de calcul și de decizie poate fi încorporată în dispozitivul IoT. De exemplu, camerele de securitate inteligente cu recunoaștere facială, care sunt conectate la o rețea locală (LAN), precum și la stocarea în cloud.
Uneori, mai multe dispozitive IoT mai mici, cum ar fi actuatoare, senzori de temperatură, senzori de fluide, senzori de mișcare, etc., conectate la un hub de calcul edge, pot reprezenta o arhitectură posibilă pentru o rețea de calcul edge.
În schimb, fog computing plasează inteligența sau puterea de calcul pe rețeaua LAN, folosind un nod de tip ceață sau un hub de aburire. Hub-ul colectează semnale din lumea reală, de la dispozitivele și procesele IoT, și apoi oferă instrucțiuni mașinilor inteligente conectate, cu privire la ce trebuie să facă. Nodul de tip ceață este responsabil și pentru trimiterea datelor către serverul cloud central, în vederea unei analize aprofundate, ceea ce nu este esențial pentru luarea deciziilor în timp real.
Cu toate acestea, unii experți IoT consideră că aburirea este doar standardul Cisco pentru edge computing.
Fog Computing vs. Cloud Computing
Acum, că ați putea crede că fog computing și cloud computing sunt foarte similare, este important să cunoașteți diferențele dintre ele.
Cloud computing creează un hub centralizat pentru toate cerințele de calcul și stocare. Aceasta creează o rețea neinteligentă. Dimpotrivă, rețelele de tip ceață aduc inteligență la marginea unei rețele, care este conectată și la un cloud.
O astfel de inteligență la margine reduce sarcina pe cloud computing și pe resursele de internet.
Componentele Fog Computing
Diferite companii IoT utilizează diferite metode de configurare a unui sistem de rețea de tip ceață. Prin urmare, pot exista mai multe arhitecturi în ecosistemul de rețele de tip ceață. Cu toate acestea, următoarele sunt componentele obișnuite în orice arhitectură standard de aburire:
#1. Noduri virtuale și fizice
Acestea sunt pur și simplu dispozitive ale utilizatorului final, cum ar fi telefoanele mobile, diverși senzori dintr-o linie de producție, difuzoare inteligente, lumini inteligente și multe altele, care generează date și execută instrucțiuni.
#2. Dispozitive de tip ceață sau noduri
Acestea sunt, în general, servere de tip ceață, gateway-uri de tip ceață și dispozitive de tip ceață. Dispozitivele de tip ceață stochează date, în timp ce un gateway de tip ceață analizează date de la mai multe dispozitive de tip ceață. În cele din urmă, gateway-urile de tip ceață se ocupă de rutarea și redirecționarea datelor.
#3. Servicii de monitorizare
Aceste API-uri asigură că nodurile de tip ceață și dispozitivele IoT nu sunt blocate și comunică permanent.
#4. Programe de prelucrare a datelor
Aceste programe rulează pe un server de tip ceață pentru a filtra, procesa, curăța, reconstrui și, în cele din urmă, stoca date în cloud.
#5. Sisteme de management al resurselor
Acesta funcționează ca o unitate de echilibrare a sarcinii și monitorizează utilizarea tuturor nodurilor de tip ceață.
#6. Aplicații și instrumente de securitate
Criptarea datelor în tranzit și în repaus este esențială pentru a asigura calculul securizat. Aceste componente oferă o criptare robustă a datelor digitale.
#7. GUI, software și aplicații
Acestea sunt aplicații și instrumente utilizate de către utilizatorii umani sau operatorii fabricii pentru a controla întregul sistem.
De ce și când este necesar calculul de tip ceață?
Fog computing permite companiilor bazate pe IoT să-și extindă operațiunile. Acestea nu s-ar putea baza pe cloud computing, deoarece acesta poate ceda în momentul în care se observă o creștere a traficului sau a numărului de utilizatori.
Cloud computing reprezintă o sursă bună de putere de calcul redusă ca preț, o platformă de programare și de stocare în masă. Cu toate acestea, nu se poate utiliza doar cloud-ul sau virtualizarea când este vorba despre procese care necesită un nivel supercritic de precizie și viteză.
Când vorbim despre o latență practic nulă într-o fabrică bazată pe sistemul IoT sau într-un oraș inteligent, este necesară configurarea unuia sau mai multor sisteme de rețea de tip ceață, în funcție de dimensiunea mediului IoT.
Alte motive importante pentru implementarea aburirii sunt:
- Sistemele IoT colectează un volum mare de date, care nu sunt necesare în totalitate. Prin urmare, aburirea poate fi utilă în filtrarea datelor.
- Echipamentele IIoT conectate la rețea trebuie să reacționeze în câteva milisecunde de la detectarea unei anomalii. O astfel de viteză poate fi obținută doar prin edge computing sau fog computing.
În continuare, vom analiza avantajele calculului de tip ceață.
Beneficiile Fog Computing
Mai jos se găsesc beneficiile oferite de rețelele de tip ceață în orașele inteligente, case și automatizările industriale:
Reducerea latenței
Dacă latența este esențială pentru afacerea ta, fog computing este alegerea ideală. Acesta realizează analiza datelor într-un punct apropiat sursei de date. Prin urmare, companiile pot obține o latență minimă, comparativ cu alte tehnologii.
În special în industrii precum producția și energia, unde fiecare secundă contează, rețelele de tip ceață pot oferi alerte mai rapide, reducând timpul pierdut.
Utilizarea redusă a lățimii de bandă
În calculul de tip ceață, analiza datelor nu implică transferul acestora către un server cloud. Prin urmare, nu este necesară o lățime de bandă mare de rețea. Nu numai că reduce dependența de internet, dar și costurile companiilor.
Deși dispozitivele conectate continuă să genereze date în scop de analiză, sarcinile sunt îndeplinite în punctul cel mai apropiat. Ca urmare, majoritatea datelor nu mai necesită transport.
Confidențialitate
Având în vedere importanța confidențialității datelor, fog computing reprezintă o soluție utilă. Ori de câte ori companiile trebuie să aplice un anumit nivel de confidențialitate, pot utiliza rețele de tip ceață.
Toate datele esențiale sunt analizate la nivel local, deoarece o echipă IT supraveghează cu atenție dispozitivele și oferă suportul necesar. Doar seturile de date care necesită analiză la un nivel superior sunt trimise către serverul cloud.
Din acest motiv, datele prelucrate prin calculul de tip ceață sunt mai sigure în comparație cu datele expuse atacurilor care încalcă confidențialitatea.
Cost redus
Costurile reprezintă o preocupare importantă pentru toate tipurile de organizații. Dacă se utilizează aburirea, costul total pentru companie se va reduce, deoarece acest tip de calcul necesită o lățime de bandă mai mică a rețelei, iar costurile operaționale sunt reduse semnificativ.
Securitate maximizată
Toate datele generate de IoT trebuie protejate împotriva accesului neautorizat și a infracțiunilor cibernetice. În calculul de tip ceață, nodurile de tip ceață pot fi monitorizate și protejate, utilizând aceleași controale și politici pe care le au companiile pentru restul mediului IT. Astfel, datele rămân în siguranță atât în timpul transferului, cât și în repaus.
Îmbunătățirea fiabilității
În majoritatea cazurilor, dispozitivele IoT trebuie să funcționeze în condiții de mediu dificile. Rețeaua de tip ceață poate îmbunătăți fiabilitatea datelor chiar și în aceste condiții dure, reducând în același timp necesitatea de a transmite date către cloud.
Analiză în timp real
Companiile care utilizează fog computing au acces la analiza datelor în timp real. Acestea pot folosi această funcție pentru a obține un avantaj față de concurenți.
Companiile din domeniul producției și cel financiar trebuie să ia decizii instantanee, utilizând date de analiză. Acestea pot beneficia de aburire, cu transferul rapid de date în timp real.
Resurse de învățare
#1. Fog Computing: Concepte, cadre și aplicații
Ești în căutarea unei cărți care să te ajute să înveți despre aburire de la nivelul de bază până la nivelul avansat? Încearcă această carte despre calculul de tip ceață, publicată de CRC Press pe Amazon.
Mai jos se regăsesc caracteristicile importante ale acestei cărți cu copertă cartonată:
- Introducere și elemente de bază ale calculului de tip ceață
- Arhitectura calculului de tip ceață
- Evaluarea calculului de tip ceață în IoT
- Învățare automată în calculul de tip ceață
- Securitatea informațiilor în calculul de tip ceață
- Aplicații și instrumente de simulare pentru calculul de tip ceață
- Diverse aplicații reale ale calculului de tip ceață
#2. Fog Computing și Internet of Things
Această conferință despre Fog Computing și Internet of Things a avut loc recent. Aceasta a avut ca temă subiectul emergent din industria IT.
Această carte care rezumă conferința despre calcul este disponibilă pe Amazon în versiuni cartonate și broșate.
Încheierea
Internetul obiectelor și Internetul industrial al obiectelor se dezvoltă rapid. Conform Statista, în 2019 existau 8,6 miliarde de dispozitive IoT și IIoT active. Numărul a crescut la 15,14 miliarde în 2023. O prognoză atent studiată de aceeași companie de analiză statistică arată că, până în 2030, la nivel mondial, vor exista aproximativ 29,42 miliarde de dispozitive IoT active.
Acest număr mare de dispozitive IoT folosite acasă, în municipalități inteligente și în industrii va necesita petabyți de lățime de bandă de internet dacă intenționează să funcționeze prin infrastructura de cloud computing.
Mai mult, unele procese critice IoT nu vor atinge o viteză mai mare de procesare dacă rămân în cloud. Fog computing reprezintă o soluție rezonabilă între cloud și edge, iar cei care învață și stăpânesc fog computing pot explora oportunități de afaceri sau poziții profesionale bine plătite.