Esineiden internet(IoT) on mul­lis­ta­nut IT-ym­pä­ris­tö­jä ympäri maailmaa, ja sitä pidetään jo avain­tek­no­lo­gia­na monissa tu­le­vai­suu­teen suun­tau­tu­vis­sa hank­keis­sa. Pe­rin­tei­set IoT-ark­ki­teh­tuu­rit, joissa dataa kerätään ja kä­si­tel­lään kes­ki­te­tys­ti, eivät pysty skaa­lau­tu­maan ra­jat­to­mas­ti esi­mer­kik­si kais­tan­le­vey­den kal­tais­ten ra­joi­tus­ten vuoksi. Fog-laskennan alalla ke­hi­te­tään par­hail­laan rat­kai­su­ja, joilla pyritään vas­taa­maan täl­lai­siin IoT:n käyt­töön­ot­toon liit­ty­viin haas­tei­siin.

Mitä on su­mu­tie­to­jen­kä­sit­te­ly? Mää­ri­tel­mä

Fog-laskenta on pil­vi­tek­no­lo­gia, jossa pää­te­lait­tei­den tuottamat tiedot eivät siirry suoraan pilveen, vaan ne esi­kä­si­tel­lään ha­jau­te­tuis­sa pienissä da­ta­kes­kuk­sis­sa. Konsepti perustuu verk­koark­ki­teh­tuu­riin, joka ulottuu verkon ul­ko­reu­nas­ta (jossa IoT-laitteet tuottavat tietoja) julkisen pilven kes­ki­tet­tyyn da­ta­pis­tee­seen tai yk­si­tyi­seen da­ta­kes­kuk­seen (yk­si­tyi­nen pilvi).

”Foggingin” ta­voit­tee­na on lyhentää vies­tin­tä­mat­ko­ja ja vähentää tietojen siirtoa ulkoisten verkkojen kautta. Fog-solmut muo­dos­ta­vat verkkoon vä­li­ta­soi­sen kerroksen, jossa päätetään, mitkä tiedot kä­si­tel­lään pai­kal­li­ses­ti ja mitkä vä­li­te­tään pil­vi­pal­ve­luun tai kes­ki­tet­tyyn tie­to­kes­kuk­seen jat­ko­kä­sit­te­lyä tai -ana­ly­soin­tia varten.

Seuraava kaa­vio­ku­va esittää su­mu­tie­to­jen­kä­sit­te­ly­ark­ki­teh­tuu­rin kolme kerrosta:

Kuva: 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.
  • Reu­na­ker­ros: Reu­na­ker­ros käsittää kaikki IoT-ark­ki­teh­tuu­rin ”äly­lait­teet” (reu­na­lait­teet). Reu­na­ker­rok­ses­sa syntyvä data joko kä­si­tel­lään suoraan lait­tees­sa tai lä­he­te­tään fog-kerroksen pal­ve­li­mel­le (fog-solmuun).
  • Fog-kerros: fog-kerros sisältää useita te­hok­kai­ta pal­ve­li­mia, jotka vas­taa­not­ta­vat dataa reuna-ker­rok­ses­ta, esi­kä­sit­te­le­vät sitä ja lataavat sen pilveen tarpeen mukaan.
  • Pil­vi­ker­ros: pil­vi­ker­ros on fog-las­ken­ta­ra­ken­teen keskeinen da­ta­pää­te­pis­te.

OpenFog Con­sor­tium (nykyisin Industry IoT Con­sor­tium, IIC) on ke­hit­tä­nyt vii­teark­ki­teh­tuu­rin su­mu­tek­no­lo­gia­jär­jes­tel­mil­le. Lisää su­mu­tek­no­lo­gi­aa kä­sit­te­le­viä ra­port­te­ja löytyy IIC:n verk­ko­si­vuil­ta.

Miten su­mu­pil­vi­pal­ve­lut eroavat pil­vi­pal­ve­luis­ta?

Pil­vi­pal­ve­lut eroavat pe­rin­tei­ses­tä tie­to­jen­kä­sit­te­lys­tä re­surs­sien tar­joa­mi­sen ja tietojen kä­sit­te­ly­ta­van osalta. Pil­vi­pal­ve­lut to­teu­te­taan yleensä kes­ki­te­tyis­sä da­ta­kes­kuk­sis­sa. Resurssit, kuten las­ken­ta­te­ho ja tal­len­nus­ti­la, kootaan taus­ta­pal­ve­li­mil­le ja tarjotaan asiak­kai­den käyttöön verkon kautta. Kahden tai useamman pää­te­lait­teen välinen viestintä tapahtuu aina taustalla toimivan pal­ve­li­men vä­li­tyk­sel­lä.

Älyk­kääs­sä val­mis­tuk­ses­sa käy­tet­tä­vien kaltaiset jär­jes­tel­mät edel­lyt­tä­vät jatkuvaa tie­don­vaih­toa lu­ke­mat­to­mien pää­te­lait­tei­den välillä, mikä vie tällaisen ark­ki­teh­tuu­rin ra­joil­leen. Fog-las­ken­nas­sa hyö­dyn­ne­tään vä­li­vai­heen kä­sit­te­lyä lähellä tie­to­läh­det­tä, jotta tie­to­lii­ken­net­tä da­ta­kes­kuk­seen voidaan vähentää.

Miten su­mu­tie­to­jen­kä­sit­te­ly eroaa reu­na­lait­tei­den tie­to­jen­kä­sit­te­lys­tä?

Pil­vi­pal­ve­lu­jen rajoja koet­te­le­vat kuitenkin muutkin tekijät kuin vain suurten IoT-ark­ki­teh­tuu­rien tie­don­siir­to­no­peus. Toinen ongelma on viive. Kes­ki­tet­ty tie­to­jen­kä­sit­te­lyyn liittyy aina viivettä pitkien siir­to­reit­tien vuoksi. Lop­pu­lait­tei­den ja anturien on kom­mu­ni­koi­ta­va keskenään da­ta­kes­kuk­sen pal­ve­li­men kautta, mikä aiheuttaa viivettä sekä pyynnön että vas­tauk­sen ul­koi­ses­sa kä­sit­te­lys­sä. Tällaiset viiveajat muo­dos­tu­vat on­gel­mal­li­sik­si IoT-tuetuissa tuo­tan­topro­ses­seis­sa, joissa re­aa­liai­kai­nen tie­to­jen­kä­sit­te­ly on vält­tä­mä­tön­tä, jotta koneet voivat reagoida vä­lit­tö­mäs­ti, kun tapahtuu häiriö.

Yksi ratkaisu vii­veon­gel­maan on reuna-laskenta (edge computing), joka on osa su­mu­las­ken­nan (fog computing) kä­sit­teis­töä ja jossa tie­to­jen­kä­sit­te­ly ei ole pel­käs­tään ha­jau­tet­tua, vaan se tapahtuu suoraan pää­te­lait­tees­sa verkon reunalla. Jokainen älylaite on va­rus­tet­tu omalla mik­ro­kont­rol­le­ril­laan, joka mah­dol­lis­taa pe­rus­ta­son tie­to­jen­kä­sit­te­lyn sekä vies­tin­nän muiden IoT-lait­tei­den ja anturien kanssa. Tämä vähentää paitsi viivettä myös kes­kus­da­ta­kes­kuk­sen tie­to­lii­ken­net­tä.

Vaikka su­mu­tie­to­jen­kä­sit­te­ly ja reu­na­tie­to­jen­kä­sit­te­ly liittyvät lä­hei­ses­ti toisiinsa, ne eivät ole sama asia. Rat­kai­se­va ero on siinä, missä ja milloin dataa kä­si­tel­lään. Reu­na­tie­to­jen­kä­sit­te­lys­sä dataa kä­si­tel­lään siellä, missä se syntyy, ja useim­mis­sa ta­pauk­sis­sa data lä­he­te­tään vä­lit­tö­mäs­ti kä­sit­te­lyn jälkeen. Sen sijaan su­mu­tie­to­jen­kä­sit­te­lys­sä raa­ka­da­taa kerätään ja kä­si­tel­lään useista lähteistä da­ta­kes­kuk­ses­sa, joka sijaitsee da­ta­läh­teen ja kes­ki­te­tyn da­ta­kes­kuk­sen välissä. Tietojen käsittely tällä tavalla mah­dol­lis­taa sen, että epä­olen­nais­ten tietojen tai tulosten vä­lit­tä­mis­tä kes­ki­tet­tyyn da­ta­kes­kuk­seen vältetään. Se, onko edge-laskenta, fog-laskenta vai näiden yh­dis­tel­mä paras ratkaisu, riippuu suuresti kunkin käyt­tö­ta­pauk­sen eri­tyis­piir­teis­tä.

Mitkä ovat su­mu­tie­to­jen­kä­sit­te­lyn edut?

Fog-laskenta tarjoaa rat­kai­su­ja moniin pil­vi­poh­jai­siin IT-infra­struk­tuu­rei­hin liit­ty­viin ongelmiin. Se painottaa lyhyitä tie­don­siir­to­reit­te­jä ja rajoittaa tie­dos­to­jen lä­het­tä­mi­sen pil­vi­pal­ve­luun minimiin. Tässä ovat tär­keim­mät edut:

  1. Vähemmän verk­ko­lii­ken­net­tä: su­mu­tie­to­jen­kä­sit­te­ly vähentää IoT-lait­tei­den ja pil­vi­pal­ve­lun välistä lii­ken­net­tä.
  2. Kus­tan­nus­sääs­tö­jä kol­man­sien os­a­puol­ten verkkojen käytön ansiosta: verkko-ope­raat­to­reil­le aiheutuu korkeita kus­tan­nuk­sia pil­vi­pal­ve­luun suun­tau­tu­vas­ta nopeasta tie­don­siir­ros­ta. Fog-laskenta vähentää näitä kus­tan­nuk­sia.
  3. Offline-käy­tet­tä­vyys: fog computing -ark­ki­teh­tuu­ris­sa IoT-laitteet ovat käy­tet­tä­vis­sä myös offline-tilassa.
  4. Pienempi viive: fog-laskenta lyhentää vies­tin­tä­reit­te­jä, mikä nopeuttaa au­to­ma­ti­soi­tu­ja analyysi- ja pää­tök­sen­te­kopro­ses­se­ja.
  5. Tie­to­tur­va: fog­gin­gis­sa lai­te­tie­dot esi­kä­si­tel­lään usein pai­kal­li­ses­sa verkossa. Tämä mah­dol­lis­taa to­teu­tuk­sen, jossa ar­ka­luon­toi­set tiedot voivat jäädä yrityksen sisälle tai ne voidaan salata tai ano­ny­mi­soi­da ennen pil­vi­pal­ve­luun lä­het­tä­mis­tä.

Mitkä ovat su­mu­tie­to­jen­kä­sit­te­lyn haitat?

Ha­jau­te­tul­la kä­sit­te­lyl­lä pienissä da­ta­kes­kuk­sis­sa on myös omat hait­ta­puo­len­sa. Suurimpia haittoja ovat ha­jau­te­tun jär­jes­tel­män ylläpidon ja hallinnan kus­tan­nuk­set sekä mo­ni­mut­kai­suus. Fog-las­ken­ta­jär­jes­tel­mien haittoja ovat:

  1. Kor­keam­mat lait­teis­to­kus­tan­nuk­set: su­mu­tie­to­jen­kä­sit­te­ly edel­lyt­tää, että IoT-laitteet ja anturit va­rus­te­taan li­säpro­ses­soin­tiyk­si­köil­lä, jotta pai­kal­li­nen tie­to­jen­kä­sit­te­ly ja lait­tei­den välinen viestintä on mah­dol­lis­ta.
  2. Li­sään­ty­neet yl­lä­pi­to­vaa­ti­muk­set: ha­jau­tet­tu tie­to­jen­kä­sit­te­ly vaatii enemmän ylläpitoa, koska käsittely- ja tal­len­nus­pai­kat ovat ha­jau­tet­tui­na koko verkkoon eikä niitä voida, toisin kuin pil­vi­rat­kai­suis­sa, ylläpitää tai hal­lin­noi­da kes­ki­te­tys­ti.
  3. Li­sä­vaa­ti­muk­set verkon tie­to­tur­val­le: fog-laskenta on alttiina man-in-the-middle-hyök­käyk­sil­le.
Siirry pää­va­lik­koon