Asjade internet(IoT) on muutnud IT-maastikku kogu maailmas ja seda peetakse juba paljude tulevikku suunatud pro­jek­tide võt­me­täht­su­sega teh­no­loo­giaks. Tra­dit­sioo­ni­li­sed IoT-ar­hi­tek­tuu­rid, kus andmeid kogutakse ja töö­del­dakse tsent­raal­selt, ei suuda ri­ba­laiuse ja muude piiran­gute tõttu lõpmatult laieneda. Fog-arvutuse vald­kon­nas töö­ta­takse välja või­ma­likke lahendusi, et lahendada selliseid IoT-ra­ken­da­mi­sega seotud probleeme.

Mis on udu­ar­vu­tus? Mõiste

Udu­ar­vu­tus on pil­ve­teh­no­loo­gia, mille puhul lõpp­sead­me­tes ge­ne­ree­ri­tud andmed ei laadita otse pilve, vaid töö­del­dakse eelnevalt det­sent­ra­li­see­ri­tud mi­ni­kes­kus­tes. See kont­sept­sioon hõlmab võr­gus­ti­ku­st­ruk­tuuri, mis ulatub võrgu vä­lis­pii­rist (kus andmed ge­ne­ree­ri­takse IoT-seadmete poolt) kuni avaliku pilve keskse and­me­sõl­meni või erapilve and­me­kes­ku­seni.

„Foggingu“ eesmärk on lühendada si­de­va­he­maid ja vähendada and­meedas­tust väliste võrkude kaudu. Fog-sõlmed moo­dus­ta­vad võrgus vahekihti, kus ot­sus­ta­takse, milliseid andmeid töö­del­dakse kohapeal ja milliseid edas­ta­takse pilve või kesk­and­me­kes­ku­sesse edasiseks ana­lüü­siks või tööt­le­miseks.

Järgnev skee­mi­line joonis kujutab udu­ar­vu­tuse ar­hi­tek­tuuri kolme kihti:

Image: Schematic diagram of an IoT architecture’s edge, fog, and cloud layers
In fog computing, data storage and preproces­sing resources are available in a decent­ra­li­sed manner across the network. Instead of having to rely solely on a public cloud or a central data centre, these resources can be accessed through fog nodes on an in­ter­me­diate layer within the network.
  • Äärmine kiht: äärekiht hõlmab kõiki IoT-ar­hi­tek­tuuri „nutikaid” seadmeid (ääre seadmed). Ääre­ki­hist ge­ne­ree­ri­tud andmeid töö­del­dakse kas otse seadmes või edas­ta­takse fog-kihi ser­ve­risse (fog-sõlme).
  • Udukiht: udukiht hõlmab mitmeid võimsaid servereid, mis võtavad vastu andmeid ser­va­kih­tist, töötlevad neid eelnevalt ja laadivad need vajaduse korral üles pilve.
  • Pilvekiht: pilvekiht on udu­ar­vu­tuse ar­hi­tek­tuuri keskne andmete lõpppunkt.

Fog-süs­teemide vii­te­ar­hi­tek­tuuri töötas välja OpenFog Con­sor­tium (praegu Industry IoT Con­sor­tium (IIC)). Li­sa­tea­vet fog-arvutuse kohta leiate IIC-i vee­bi­sai­dilt.

Kuidas erineb udu­tööt­lus pil­ve­tööt­lusest?

Pilve- ja ta­va­pä­rase ar­vu­tus­teh­nika erinevus seisneb res­surs­side pak­ku­mises ja andmete tööt­le­mise viisis. Pil­ve­ar­vu­tus­teh­nika toimub ta­va­li­selt tsent­ra­li­see­ri­tud and­me­kes­kus­tes. Ressursid, nagu ar­vu­tus­võim­sus ja sal­ves­tus­ruum, koon­da­takse ta­ga­põh­ja­ser­ve­ri­tesse ning tehakse klien­ti­dele kät­te­saa­da­vaks võrgu kaudu. Kahe või enama lõpp­seadme vaheline suhtlus toimub alati taustal asuva serveri kaudu.

Nutikas tootmises ka­su­ta­ta­vad süsteemid eeldavad pidevat and­me­va­he­tust lu­ge­ma­tute lõpp­sead­mete vahel, mis viib sellise ar­hi­tek­tuuri piiridest kaugemale. Fog-ar­vu­tus­teh­no­loo­gia kasutab and­me­al­lika lähedal toimuvat va­he­peal­set tööt­le­mist, et vähendada and­me­voogu and­me­kes­ku­sesse.

Kuidas erineb udu­ar­vu­tus ser­var­vu­tusest?

Pil­ve­ar­vu­tuse piiridele ei vii aga mitte ainult suu­re­ma­hu­liste IoT-ar­hi­tek­tuu­ride and­meedas­tus­kii­rus. Teine probleem on latentsus. Tsent­ra­li­see­ri­tud and­me­tööt­lu­sega kaasneb alati ajaline viivitus pikkade üle­kan­de­teede tõttu. Lõpp­sead­med ja andurid peavad omavahel suhtlema and­me­kes­kuse serveri kaudu, mis põhjustab viivitust nii päringu välises tööt­le­mises kui ka vastuses. Sellised la­tent­susajad muutuvad prob­leem­seks IoT-toetatud toot­mis­prot­ses­si­des, kus reaalajas and­me­tööt­lus on hä­da­va­ja­lik, et masinad saaksid int­si­dendi korral kohe rea­gee­rida.

Üks lahendus vii­vi­tus­prob­lee­mile on ser­va­ar­vu­tus – fog-arvutuse raa­mis­tikku kuuluv kont­sept­sioon, mille puhul and­me­tööt­lus ei ole mitte ainult det­sent­ra­li­see­ri­tud, vaid toimub otse võrgu äärealal asuvas lõpp­sead­mes. Iga nutiseade on va­rus­ta­tud oma mik­ro­kont­rol­leriga, mis võimaldab põhilist and­me­tööt­lust ja suhtlust teiste IoT-seadmete ja an­du­ri­tega. See vähendab mitte ainult viivitust, vaid ka and­me­voogu kesk­and­me­kes­ku­ses.

Kuigi fog-ar­vu­tus­teh­no­loo­gia ja ser­va­ar­vu­tus­teh­no­loo­gia on tihedalt seotud, ei ole need üks ja sama asi. Oluline erinevus seisneb selles, kus ja millal andmeid töö­del­dakse. Ser­va­ar­vu­tus­teh­no­loo­gia puhul töö­del­dakse andmeid seal, kus need tekivad, ning enamasti saa­de­takse andmed edasi kohe pärast tööt­le­mist. Seevastu fog-ar­vu­tus­teh­no­loo­gia kogub ja töötleb too­rand­meid mitmest allikast and­me­kes­ku­ses, mis asub and­me­al­lika ja tsent­ra­li­see­ri­tud and­me­kes­kuse vahel. Andmete selline tööt­le­mine võimaldab vältida eba­olu­liste andmete või tulemuste edas­ta­mist kesk­and­me­kes­ku­sesse. Kas parim valik on ser­va­ar­vu­tus, udu­ar­vu­tus või nende kom­bi­nat­sioon, sõltub suuresti konk­reet­sest ka­su­tus­juh­tu­mist.

Millised on udu­tööt­luse eelised?

Udu­ar­vu­tus pakub lahendusi mit­me­su­gus­tele pil­ve­põ­histe IT-inf­ra­struk­tuu­ri­dega seotud prob­leemi­dele. See eelistab lühikesi and­meedas­tus­teid ja hoiab pilve üleslaa­di­mise mii­ni­mu­mini. Siin on olu­li­se­mad eelised:

  1. Vähem võr­gu­liik­lust: udu­tööt­lus vähendab liiklust IoT-seadmete ja pilve vahel.
  2. Kulude kokkuhoid kol­man­date osapoolte võrkude ka­su­ta­mise kaudu: võr­gu­ope­raa­to­ri­tel on pilve kiire üleslaa­di­mise kulud suured. Fog computing vähendab neid.
  3. Kät­te­saa­da­vus võr­gu­ühen­dus­eta: fog computing ar­hi­tek­tuu­ris on IoT-seadmed kät­te­saa­da­vad ka võr­gu­ühen­dus­eta.
  4. Väiksem viivitus: fog computing lühendab si­de­ka­na­leid, kii­ren­da­des au­to­ma­ti­see­ri­tud analüüsi- ja ot­sus­tus­prot­sesse.
  5. Andmete tur­va­li­sus: fog-arvutuses töö­del­dakse seadmete andmeid sageli eelnevalt kohalikus võrgus. See võimaldab rakendust, kus tundlikud andmed võivad jääda et­te­võt­tesse või neid saab enne pilve üleslaa­di­mist krüp­tee­rida või ano­nüüm­seks muuta.

Millised on udu­tööt­luse puudused?

Det­sent­ra­li­see­ri­tud and­me­tööt­lusel mi­ni­and­me­kes­kus­tes on ka oma puudused. Peamised puudused on hajutatud süsteemi hool­da­mise ja haldamise kulukus ning keerukus. Fog-ar­vu­tus­süs­teemide puudused on järgmised:

  1. Kõrgemad riist­va­ra­ku­lud: udu­tööt­lus eeldab, et IoT-seadmed ja andurid oleksid va­rus­ta­tud täien­da­vate tööt­lus­ük­sus­tega, mis või­mal­da­vad kohalikku and­me­tööt­lust ja sead­me­te­va­he­list suhtlust.
  2. Suuremad hool­dus­nõu­ded: det­sent­ra­li­see­ri­tud and­me­tööt­lus nõuab rohkem hooldust, kuna töötlemis- ja sal­ves­tus­kohtad on jaotatud üle kogu võrgu ning neid ei saa, erinevalt pil­ve­la­hen­dus­test, hooldada ega hallata keskelt.
  3. Täien­da­vad võr­gu­turbe nõuded: udu­tööt­lus on haavatav va­he­pealse ründaja rünnakute suhtes.
Go to Main Menu