Fog-computing

IoT, tingenes internet, har ændret IT-land­ska­bet over hele verden og betragtes allerede som en nøg­le­tek­no­lo­gi i mange frem­tids­o­ri­en­te­re­de projekter. Tra­di­tio­nel­le IoT-ar­ki­tek­tu­rer, hvor data indsamles og behandles centralt, kan ikke skaleres ube­græn­set på grund af be­græns­nin­ger som f.eks. bånd­bred­de. Inden for fog computing udvikles der i øje­blik­ket løsninger, der skal løse sådanne problemer i for­bin­del­se med im­ple­men­te­rin­gen af IoT.

Hvad er fog computing? En de­fi­ni­tion

Fog computing er en cloud-teknologi, hvor data genereret af slutap­pa­ra­ter ikke overføres direkte til skyen, men i stedet for­be­hand­les i de­cen­tra­li­se­re­de mini-da­ta­cen­tre. Konceptet bygger på en net­værks­struk­tur, der strækker sig fra net­vær­kets yderkant (hvor data genereres af IoT-enheder) til et centralt datapunkt i en offentlig cloud eller til et privat da­ta­cen­ter (privat cloud).

Formålet med »fogging« er at forkorte kom­mu­ni­ka­tions­af­stan­de­ne og mindske da­ta­trans­mis­sio­nen via eksterne netværk. Fog-noder udgør et mel­lem­lig­gen­de lag i netværket, hvor det afgøres, hvilke data der skal behandles lokalt, og hvilke der skal vi­de­re­sen­des til skyen eller til et centralt da­ta­cen­ter med henblik på yder­li­ge­re analyse eller be­hand­ling.

Følgende ske­ma­ti­ske il­lu­stra­tion viser de tre lag i fog computing-ar­ki­tek­tu­ren:

• Edge-laget: Edge-laget omfatter alle de »smarte« enheder (edge-enheder) i en IoT-ar­ki­tek­tur. Data, der genereres i edge-laget, behandles enten direkte på enheden eller overføres til en server (fog-node) i fog-laget.
• Fog-lag: Fog-laget omfatter en række kraft­ful­de servere, der modtager data fra kantlaget, for­be­hand­ler dem og uploader dem til skyen efter behov.
• Cloud-lag: Cloud-laget er det centrale da­ta­en­de­punkt i en fog computing-ar­ki­tek­tur.

OpenFog Consor­ti­um (nu Industry IoT Consor­ti­um (IIC)) har udviklet en re­fe­ren­cear­ki­tek­tur til fog-systemer. Du kan finde flere hvidbøger om fog computing på IIC’s hjem­mesi­de.

Hvordan adskiller fog computing sig fra cloud computing?

Det, der adskiller fog computing fra cloud computing, er måden, hvorpå res­sour­cer­ne stilles til rådighed, og hvordan dataene behandles. Cloud computing foregår som regel i cen­tra­li­se­re­de da­ta­cen­tre. Res­sour­cer som reg­ne­kraft og la­ger­plads samles af backend-servere og stilles til rådighed for kli­en­ter­ne via netværket. Kom­mu­ni­ka­tio­nen mellem to eller flere slutap­pa­ra­ter foregår altid via en server i bag­grun­den.

Systemer som dem, der anvendes inden for in­tel­li­gent pro­duk­tion, kræver, at der løbende udveksles data mellem utallige enheder, hvilket sætter en sådan ar­ki­tek­tur på en hård prøve. Fog computing udnytter mel­lem­lig­gen­de da­ta­be­hand­ling tæt på da­ta­kil­den for at reducere da­ta­tra­fik­ken til da­ta­cen­tret.

Hvordan adskiller fog computing sig fra edge computing?

Det er dog ikke kun da­ta­gen­nem­strøm­nin­gen i store IoT-ar­ki­tek­tu­rer, der presser cloud computing til det yderste. Et andet problem er la­ten­s­ti­den. Cen­tra­li­se­ret da­ta­be­hand­ling er altid forbundet med en tids­for­sin­kel­se på grund af lange trans­mis­sions­ve­je. Slutap­pa­ra­ter og sensorer skal kom­mu­ni­ke­re med hinanden via serveren i da­ta­cen­tret, hvilket re­sul­te­rer i en for­sin­kel­se i den eksterne be­hand­ling af både an­mod­nin­gen og svaret. Sådanne la­ten­s­ti­der bliver pro­ble­ma­ti­ske i IoT-un­der­støt­te­de pro­duk­tions­pro­ces­ser, hvor in­for­ma­tions­be­hand­ling i realtid er et must for, at maskiner kan reagere øje­blik­ke­ligt, når der opstår en hændelse.

En løsning på for­sin­kel­ses­pro­ble­met er edge computing, et koncept inden for rammerne af fog computing, hvor da­ta­be­hand­lin­gen ikke blot er de­cen­tra­li­se­ret, men foregår direkte i slutap­pa­ra­tet i net­vær­kets yderkant. Hver enkelt smart enhed er udstyret med sin egen mi­kro­con­trol­ler, der muliggør grund­læg­gen­de da­ta­be­hand­ling og kom­mu­ni­ka­tion med andre IoT-enheder og sensorer. Dette reducerer ikke blot for­sin­kel­sen, men også da­ta­gen­nem­strøm­nin­gen i det centrale da­ta­cen­ter.

Selvom fog computing og edge computing er tæt forbundet, er det ikke det samme. Den afgørende forskel ligger i, hvor og hvornår dataene behandles. Ved edge computing behandles dataene der, hvor de genereres, og i de fleste tilfælde sendes dataene videre umid­del­bart efter be­hand­lin­gen. I mod­sæt­ning hertil indsamler og behandler fog computing rådata fra flere kilder i et da­ta­cen­ter, der er placeret mellem da­ta­kil­den og et centralt da­ta­cen­ter. Ved at behandle dataene på denne måde undgår man at vi­de­re­sen­de ir­re­le­van­te data eller re­sul­ta­ter til det centrale da­ta­cen­ter. Om edge computing, fog computing eller en kom­bi­na­tion af begge dele er den bedste løsning, afhænger i høj grad af den enkelte an­ven­del­ses­si­tu­a­tion.

Hvad er fordelene ved fog computing?

Fog computing tilbyder løsninger på en række problemer forbundet med cloud­ba­se­re­de it-in­fra­struk­tu­rer. Det lægger vægt på korte kom­mu­ni­ka­tions­ve­je og holder over­førs­len til skyen på et minimum. Her er de vigtigste fordele:

1. Mindre net­værk­stra­fik: Fog computing reducerer trafikken mellem IoT-enheder og skyen.
2. Om­kost­nings­be­spa­rel­ser ved brug af tred­je­part­s­net­værk: Net­værks­ud­by­de­re afholder høje om­kost­nin­ger til højha­stig­heds-upload til skyen. Fog computing reducerer disse.
3. Offline-til­gæn­ge­lig­hed: I en fog computing-ar­ki­tek­tur er IoT-enheder også til­gæn­ge­li­ge offline.
4. Mindre ventetid: Fog computing forkorter kom­mu­ni­ka­tions­ve­je­ne, hvilket frem­skyn­der au­to­ma­ti­se­re­de analyse- og be­slut­nings­pro­ces­ser.
5. Da­ta­sik­ker­hed: I fogging for­be­hand­les en­heds­da­ta ofte af det lokale netværk. Dette muliggør en im­ple­men­te­ring, hvor følsomme data kan forblive inden for virk­som­he­den eller krypteres eller ano­ny­mi­se­res, før de uploades til skyen.

Hvad er ulemperne ved fog computing?

De­cen­tra­li­se­ret da­ta­be­hand­ling i mini-da­ta­cen­tre har også sine egne ulemper. De største ulemper er om­kost­nin­ger­ne og kom­plek­si­te­ten ved at ved­li­ge­hol­de og ad­mi­ni­stre­re et di­stri­bu­e­ret system. Ulemperne ved fog computing-systemer er:

1. Højere hardwa­reom­kost­nin­ger: Fog computing kræver, at IoT-enheder og sensorer udstyres med ekstra pro­ces­soren­he­der for at muliggøre lokal da­ta­be­hand­ling og kom­mu­ni­ka­tion mellem enhederne.
2. Øgede ved­li­ge­hol­del­ses­krav: De­cen­tra­li­se­ret da­ta­be­hand­ling kræver mere ved­li­ge­hol­del­se, da be­hand­lings- og lag­rings­ste­der­ne er spredt over hele netværket og, i mod­sæt­ning til cloud-løsninger, ikke kan ved­li­ge­hol­des eller ad­mi­ni­stre­res centralt.
3. Yder­li­ge­re krav til net­værks­sik­ker­hed: Fog computing er sårbar over for man-in-the-middle-angreb.