Fog computing

IoT, het internet der dingen, heeft het IT-landschap over de hele wereld veranderd en wordt nu al gezien als een be­lang­rij­ke tech­no­lo­gie voor veel toe­komst­ge­rich­te projecten. Tra­di­ti­o­ne­le IoT-ar­chi­tec­tu­ren, waarbij gegevens centraal worden verzameld en verwerkt, kunnen niet oneindig worden geschaald vanwege be­per­kin­gen zoals band­breed­te. Op het gebied van fog computing worden mogelijke op­los­sin­gen ont­wik­keld om der­ge­lij­ke problemen bij de im­ple­men­ta­tie van IoT aan te pakken.

Wat is fog computing? Een definitie

Fog computing is een cloud­tech­no­lo­gie waarbij gegevens die door eind­ap­pa­ra­ten worden ge­ge­ne­reerd niet recht­streeks in de cloud worden geladen, maar eerst worden voor­be­werkt in ge­de­cen­tra­li­seer­de mi­ni­da­ta­cen­ters. Het concept omvat een net­werk­struc­tuur die zich uitstrekt van de buitenste perimeter van het netwerk (waar gegevens worden ge­ge­ne­reerd door IoT-apparaten) tot een centraal gegevens-eindpunt in een openbare cloud of tot een privé-da­ta­cen­ter (privé-cloud).

Het doel van ‘fogging’ is om com­mu­ni­ca­tie­af­stan­den te verkorten en de ge­ge­vens­over­dracht via externe netwerken te ver­min­de­ren. Fog-knoop­pun­ten vormen een tus­sen­laag in het netwerk waar wordt bepaald welke gegevens lokaal worden verwerkt en welke worden door­ge­stuurd naar de cloud of naar een centraal da­ta­cen­ter voor verdere analyse of ver­wer­king.

De volgende sche­ma­ti­sche il­lu­stra­tie toont de drie lagen van de fog computing-ar­chi­tec­tuur:

• Edge-laag: de edge-laag omvat alle ‘slimme’ apparaten (edge-apparaten) van een IoT-ar­chi­tec­tuur. Gegevens die worden ge­ge­ne­reerd vanuit de edge-laag worden ofwel recht­streeks op het apparaat verwerkt ofwel verzonden naar een server (fog-node) in de fog-laag.
• Fog-laag: de fog-laag omvat een aantal krachtige servers die gegevens van de randlaag ontvangen, deze voor­be­wer­ken en indien nodig naar de cloud uploaden.
• Cloudlaag: de cloudlaag is het centrale gegevens-eindpunt van een fog computing-ar­chi­tec­tuur.

Een re­fe­ren­tie­ar­chi­tec­tuur voor fog-systemen is ont­wik­keld door het OpenFog Con­sor­ti­um (nu Industry IoT Con­sor­ti­um (IIC)). Meer whi­te­pa­pers over fog computing vindt u op de website van het IIC.

Wat is het verschil tussen fog computing en cloud computing?

Wat fog en cloud computing van elkaar on­der­scheidt, is de levering van resources en de manier waarop gegevens worden verwerkt. Cloud computing vindt meestal plaats in ge­cen­tra­li­seer­de da­ta­cen­ters. Resources zoals re­ken­kracht en opslag worden gebundeld door backend-servers en via het netwerk be­schik­baar gesteld aan klanten. De com­mu­ni­ca­tie tussen twee of meer eind­ap­pa­ra­ten verloopt altijd via een server op de ach­ter­grond.

Systemen zoals die worden gebruikt in slimme productie vereisen een continue uit­wis­se­ling van gegevens tussen talloze eind­ap­pa­ra­ten, waardoor een der­ge­lij­ke ar­chi­tec­tuur zijn grenzen bereikt. Fog computing maakt gebruik van tus­sen­lig­gen­de ver­wer­king dicht bij de ge­ge­vens­bron om de ge­ge­vens­door­voer naar het da­ta­cen­ter te ver­min­de­ren.

Wat is het verschil tussen fog computing en edge computing?

Het is echter niet alleen de ge­ge­vens­door­voer van groot­scha­li­ge IoT-ar­chi­tec­tu­ren die cloud computing tot het uiterste drijft. Een ander probleem is de latentie. Ge­cen­tra­li­seer­de ge­ge­vens­ver­wer­king gaat altijd gepaard met een ver­tra­ging als gevolg van lange trans­mis­sie­rou­tes. Eind­ap­pa­ra­ten en sensoren moeten met elkaar com­mu­ni­ce­ren via de server in het da­ta­cen­ter, wat re­sul­teert in een ver­tra­ging in de externe ver­wer­king van het verzoek en het antwoord. Der­ge­lij­ke latentie tijden worden pro­ble­ma­tisch in IoT-on­der­steun­de pro­duc­tie­pro­ces­sen waar realtime in­for­ma­tie­ver­wer­king een must is voor machines om on­mid­del­lijk te reageren wanneer zich een incident voordoet.

Een oplossing voor het la­ten­tie­pro­bleem is edge computing, een concept binnen het kader van fog computing waarbij ge­ge­vens­ver­wer­king niet alleen ge­de­cen­tra­li­seerd is, maar ook recht­streeks plaats­vindt in het eind­ap­pa­raat aan de rand van het netwerk. Elk slim apparaat is uitgerust met een eigen mi­cro­con­trol­ler, waardoor ba­sis­ge­ge­vens­ver­wer­king en com­mu­ni­ca­tie met andere IoT-apparaten en sensoren mogelijk is. Dit ver­min­dert niet alleen de latentie, maar ook de ge­ge­vens­door­voer in het centrale da­ta­cen­ter.

Hoewel fog computing en edge computing nauw verwant zijn, zijn ze niet hetzelfde. Het cruciale verschil zit hem in waar en wanneer de gegevens worden verwerkt. Bij edge computing worden gegevens verwerkt op de plaats waar ze worden ge­ge­ne­reerd, en in de meeste gevallen worden de gegevens on­mid­del­lijk na ver­wer­king verzonden. Fog computing daar­en­te­gen verzamelt en verwerkt ruwe gegevens uit meerdere bronnen in een da­ta­cen­ter dat zich tussen de ge­ge­vens­bron en een ge­cen­tra­li­seerd da­ta­cen­ter bevindt. Door de gegevens op deze manier te verwerken, kan worden voorkomen dat ir­re­le­van­te gegevens of re­sul­ta­ten naar het centrale da­ta­cen­ter worden door­ge­stuurd. Of edge computing, fog computing of een com­bi­na­tie van beide het beste is, hangt sterk af van het in­di­vi­du­e­le ge­bruiks­sce­na­rio.

Wat zijn de voordelen van fog computing?

Fog computing biedt op­los­sin­gen voor ver­schil­len­de problemen die verband houden met cloud­ge­ba­seer­de IT-in­fra­struc­tu­ren. Het geeft pri­o­ri­teit aan korte com­mu­ni­ca­tie­pa­den en beperkt het uploaden naar de cloud tot een minimum. Dit zijn de be­lang­rijk­ste voordelen:

1. Minder net­werk­ver­keer: fog computing ver­min­dert het verkeer tussen IoT-apparaten en de cloud.
2. Kos­ten­be­spa­rin­gen door gebruik van netwerken van derden: net­werk­pro­vi­ders maken hoge kosten voor snelle uploads naar de cloud. Fog computing ver­min­dert deze kosten.
3. Offline be­schik­baar­heid: in een fog computing-ar­chi­tec­tuur zijn IoT-apparaten ook offline be­schik­baar.
4. Minder latentie: fog computing verkort de com­mu­ni­ca­tie­pa­den, waardoor ge­au­to­ma­ti­seer­de analyse- en be­sluit­vor­mings­pro­ces­sen worden versneld.
5. Ge­ge­vens­be­vei­li­ging: bij fogging worden ap­pa­raat­ge­ge­vens vaak vooraf verwerkt door het lokale netwerk. Dit maakt een im­ple­men­ta­tie mogelijk waarbij gevoelige gegevens binnen het bedrijf kunnen blijven of kunnen worden ver­sleu­teld of ge­a­no­ni­mi­seerd voordat ze naar de cloud worden geüpload.

Wat zijn de nadelen van fog computing?

Ge­de­cen­tra­li­seer­de ver­wer­king in mi­ni­da­ta­cen­ters heeft ook een aantal nadelen. De be­lang­rijk­ste nadelen zijn de kosten en com­plexi­teit van het onderhoud en beheer van een ge­dis­tri­bu­eerd systeem. De nadelen van fog computing-systemen zijn:

1. Hogere hard­wa­rekos­ten: fog computing vereist dat IoT-apparaten en sensoren worden uitgerust met extra ver­wer­kings­een­he­den om lokale ge­ge­vens­ver­wer­king en com­mu­ni­ca­tie tussen apparaten mogelijk te maken.
2. Verhoogde on­der­houds­ver­eis­ten: ge­de­cen­tra­li­seer­de ge­ge­vens­ver­wer­king vereist meer onderhoud, aangezien de ver­wer­kings- en op­slag­lo­ca­ties over het hele netwerk zijn verspreid en, in te­gen­stel­ling tot cloud­op­los­sin­gen, niet centraal kunnen worden on­der­hou­den of beheerd.
3. Extra net­werk­be­vei­li­gings­ei­sen: fog computing is kwetsbaar voor man-in-the-middle-aanvallen.