Fog computing

El Internet de las cosas (IoT) está cambiando el paisaje te­c­no­ló­gi­co a lo largo y ancho del mundo y es co­n­si­de­ra­do una te­c­no­lo­gía clave en muchos proyectos futuros. Sin embargo, la ar­qui­te­c­tu­ra clásica de IoT, en la que los datos se cotejan y procesan de forma ce­n­tra­li­za­da, no puede ampliarse in­fi­ni­ta­me­n­te debido, entre otras cosas, a las li­mi­ta­cio­nes del ancho de banda. El fog computing (también llamado co­mpu­tación en la niebla o fogging) propone posibles so­lu­cio­nes a la pro­ble­má­ti­ca que acompaña a la im­pla­n­ta­ción total de la IoT.

¿Qué es el fog computing? Una de­fi­ni­ción

Fog computing es el nombre de una te­c­no­lo­gía cloud por la cual los datos que generan los di­s­po­si­ti­vos no se cargan di­re­c­ta­me­n­te en la nube, sino que se preparan primero en centros de datos de­s­ce­n­tra­li­za­dos más pequeños (conocidos como nodos Fog). El concepto engloba a una red que se extiende desde sus propios límites, que es donde los te­r­mi­na­les generan los datos, hasta el destino central de los datos en la nube pública o en un centro de datos privado (nube privada).

El objetivo del fog computing es acortar las vías de co­mu­ni­ca­ción entre la nube y los di­s­po­si­ti­vos y reducir el caudal de datos en redes externas. Los nodos cu­m­pli­rían así un papel de capa in­te­r­me­dia en la red en la que se decide qué datos se procesan lo­ca­l­me­n­te y cuáles se envían a la nube o a un centro de datos para ser ana­li­za­dos o pro­ce­sa­dos.

El gráfico siguiente presenta es­que­má­ti­ca­me­n­te las tres capas (layer) de una in­frae­s­tru­c­tu­ra de co­mpu­tación en la niebla:

• Edge layer: la capa del borde comprende a todos los di­s­po­si­ti­vos in­te­li­ge­n­tes (di­s­po­si­ti­vos en el borde de la red) de una ar­qui­te­c­tu­ra de IoT. Los datos que se generan en esta capa se procesan en el mismo terminal o se envían a un servidor (nodo fog) en la capa niebla.
• Fog layer: la capa en la niebla está compuesta por una serie de se­r­vi­do­res de gran re­n­di­mie­n­to que reciben los datos de la primera capa, los preparan y los envían a la nube si es menester.
• Cloud layer: la capa en la nube co­n­s­ti­tu­ye el punto final de una ar­qui­te­c­tu­ra de fog computing.

Se ha de­sa­rro­lla­do una ar­qui­te­c­tu­ra de re­fe­re­n­cia para sistemas de fog computing como parte del OpenFog Co­n­so­r­tium (ahora Industry IoT Co­n­so­r­tium (IIC)). En la página web del IIC se puede acceder a otros White Papers.

Di­fe­re­n­cias con la co­mpu­tación en la nube

El fog computing se di­fe­re­n­cia de la te­c­no­lo­gía cloud, sobre todo, por el lugar donde se accede a los recursos y se procesan los datos. La co­mpu­tación en la nube suele basarse en centros de datos ce­n­tra­li­za­dos. Aquí, los se­r­vi­do­res en el backend son los que su­mi­ni­s­tran recursos como la potencia de pro­ce­sa­mie­n­to y la memoria, que utilizan los clientes a través de la red. La co­mu­ni­ca­ción tiene lugar entre dos o más te­r­mi­na­les siempre mediante un servidor en un segundo plano.

Con conceptos como el de la fábrica in­te­li­ge­n­te, esta ar­qui­te­c­tu­ra topa con sus li­mi­ta­cio­nes, puesto que en ella hay un gran número de di­s­po­si­ti­vos que están in­te­r­ca­m­bia­n­do datos co­n­s­ta­n­te­me­n­te. Apo­yá­n­do­se en el pro­ce­sa­mie­n­to de los datos cerca de la fuente, el fog computing logra reducir el tráfico de datos.

Di­fe­re­n­cias con la co­mpu­tación en el borde de la red

Pero la co­mpu­tación en la nube no solo se ve saturada por el tráfico de datos que generan las grandes in­frae­s­tru­c­tu­ras de IoT, sino también por la latencia, porque el pro­ce­sa­mie­n­to ce­n­tra­li­za­do de los datos implica depender de las rutas de tra­n­s­fe­re­n­cia y esto ocasiona siempre cierto desfase. Los di­s­po­si­ti­vos y los sensores han de estar siempre en contacto con el servidor en el centro de datos para poder co­mu­ni­car­se y esperar tanto el tra­ta­mie­n­to externo de la petición como la propia respuesta, de modo que este tiempo de latencia se convierte en un problema en procesos de fa­bri­ca­ción apoyados en IoT que necesitan el pro­ce­sa­mie­n­to inmediato de la in­fo­r­ma­ción para que las máquinas puedan reac­cio­nar in­me­dia­ta­me­n­te a cualquier incidente.

El edge computing propone una posible solución a este problema. Según este concepto, los datos no solo se procesan de­s­ce­n­tra­li­za­dos, sino en el mismo di­s­po­si­ti­vo y por eso al “borde” de la red. Para ello es necesario equipar a cada aparato in­te­li­ge­n­te con un mi­cro­co­n­tro­la­dor propio que permita procesar los datos, pero también co­mu­ni­car­se con otros aparatos y sensores en el Internet de las cosas.

Aunque el fog computing y el edge computing tienen muchos puntos en común, no son lo mismo. La di­fe­re­n­cia clave reside en el lugar y el momento en el que se procesan los datos. En el edge computing, los datos generados se procesan di­re­c­ta­me­n­te en la fuente y suelen enviarse di­re­c­ta­me­n­te. En cambio, en el fog computing, los datos brutos pro­ce­de­n­tes de varias fuentes se recogen y procesan en un centro de datos in­te­r­me­dio. De esta forma, se evita que lleguen datos o re­su­l­ta­dos irre­le­va­n­tes al centro de datos central. De­pe­n­die­n­do del ámbito de apli­ca­ción, será mejor optar por el fog computing o el edge computing.

Ventajas del fog computing

El fog computing propone so­lu­cio­nes para diversos problemas propios de las in­frae­s­tru­c­tu­ras de TI basadas en la nube. A primera vista son conceptos que prometen acortar las vías de tra­n­s­fe­re­n­cia y limitan la carga en la nube a un mínimo. Aquí se presentan las pri­n­ci­pa­les ventajas:

1. Menos tráfico: la co­mpu­tación en la nube reduce el tráfico entre los di­s­po­si­ti­vos IoT y la nube.
2. Ahorro de costes en el uso de redes externas: la velocidad de carga en la nube es un servicio que los ope­ra­do­res de red no regalan, pero que puede ahorrarse con el fog computing.
3. Di­s­po­ni­bi­li­dad offline: los di­s­po­si­ti­vos de IoT en una ar­qui­te­c­tu­ra de fog computing también están di­s­po­ni­bles offline.
4. Menor latencia: el fog computing acorta las vías de co­mu­ni­ca­ción, ace­le­ra­n­do así los procesos au­to­ma­ti­za­dos de análisis y decisión.
5. Seguridad de los datos: en el fogging, el pre­pro­ce­sa­mie­n­to de los datos tiene lugar en la red local. Esto permite que los datos sensibles pe­r­ma­ne­z­can en la empresa o que puedan cifrarse o ano­ni­mi­zar­se antes de subirlos a la nube.

De­s­ve­n­ta­jas del fog computing

Sin embargo, el pro­ce­sa­mie­n­to de­s­ce­n­tra­li­za­do en mi­ni­ce­n­tros de datos también presenta de­s­ve­n­ta­jas. Estas se derivan pri­n­ci­pa­l­me­n­te del esfuerzo necesario para mantener y ad­mi­ni­s­trar un sistema di­s­tri­bui­do. Las de­s­ve­n­ta­jas del fog computing son:

1. Costes su­pe­rio­res de hardware: para que los datos puedan pro­ce­sar­se lo­ca­l­me­n­te y los aparatos co­mu­ni­car­se entre sí ha de añadirse una unidad adicional de pro­ce­sa­mie­n­to a los di­s­po­si­ti­vos IoT.
2. Escasa pro­te­c­ción ante caídas o abusos: las empresas que apuestan por el fog computing han de equipar a los aparatos IoT y a los sensores con co­n­tro­la­do­res difíciles de proteger en el borde de la red (en una planta in­du­s­trial, p. ej.).
3. Necesidad creciente de ma­n­te­ni­mie­n­to: el pro­ce­sa­mie­n­to de­s­ce­n­tra­li­za­do de los datos va ligado a un esfuerzo mayor de ma­n­te­ni­mie­n­to, porque los co­n­tro­la­do­res y la memoria están di­s­tri­bui­dos por toda la red y, a di­fe­re­n­cia de las so­lu­cio­nes en la nube, no pueden ad­mi­ni­s­trar­se o ma­n­te­ne­r­se ce­n­tra­l­me­n­te.
4. Mayores re­qui­si­tos a la seguridad de red: la co­mpu­tación en la nube es vu­l­ne­ra­ble a ataques man in the middle.