Fog computing

A internet das coisas (IoT) está re­vo­lu­ci­o­nando o cenário de TI no mundo, e já é entendida como uma tec­no­lo­gia essencial para o futuro. Contudo, ar­qui­te­tu­ras de IoT clássicas, que agrupam e processam dados cen­tral­mente, são limitadas pela largura de banda, não podendo ser in­fi­ni­ta­mente di­men­si­o­na­das. Soluções de fog computing resolvem este problema.

O que é fog computing?

Fog computing (com­pu­ta­ção em névoa) é uma tec­no­lo­gia de nuvem que não transmite dados gerados por dis­po­si­ti­vos finais di­re­ta­mente à nuvem. Pri­mei­ra­mente, eles são pré-pro­ces­sa­dos em pequenos centros de dados des­cen­tra­li­za­dos, chamados fog nodes (nós de fog). Neste conceito, a estrutura de uma rede estende-se de suas bordas, locais onde dados são gerados por dis­po­si­ti­vos de IoT, até o ponto final central da nuvem de dados pública ou do centro de pro­ces­sa­mento de dados (nuvem privada).

O objetivo do chamado fogging (nevoeiro) é diminuir o caminho da co­mu­ni­ca­ção e a taxa de trans­fe­rên­cia de dados com a ajuda de redes externas. Na fog computing, fog nodes formam uma camada in­ter­me­diá­ria, res­pon­sá­vel por decidir quais dados serão pro­ces­sa­dos lo­cal­mente e quais serão en­ca­mi­nha­dos à nuvem ou ao centro de dados, para análise ou pro­ces­sa­mento adicional.

O gráfico abaixo ilustra as três camadas (layers) da fog computing:

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• Camada edge: A camada de borda (edge) com­pre­ende todos os dis­po­si­ti­vos in­te­li­gen­tes (dis­po­si­ti­vos de borda) de uma ar­qui­te­tura de IoT. Dados gerados na camada de borda são pro­ces­sa­dos di­re­ta­mente no dis­po­si­tivo ou trans­mi­ti­dos a ser­vi­do­res (fog nodes), na camada fog.
• Camada fog: A camada de névoa (fog) diz respeito à série de ser­vi­do­res avançados que recebe dados da camada de borda para os pré-processar e trans­mi­tir à nuvem, caso haja ne­ces­si­dade.
• Camada cloud: A camada de nuvem (cloud) é o ponto final central dos dados em uma ar­qui­te­tura de fog computing.

O Industry IoT Con­sor­tium (antigo OpenFog Con­sor­tium) dis­po­ni­bi­liza in­te­res­san­tes do­cu­men­tos de re­fe­rên­cia sobre ar­qui­te­tura para fog computing. Outros artigos também podem ser en­con­tra­dos no site do IIC.

O que di­fe­ren­cia fog computing de cloud computing?

Fog computing difere-se de cloud computing (com­pu­ta­ção em nuvem) em dois processos prin­ci­pais: de for­ne­ci­mento de dados e de pro­ces­sa­mento de dados. Via de regra, a com­pu­ta­ção em nuvem baseia-se em centros de dados cen­tra­li­za­dos. Lá, recursos como potência e ca­pa­ci­dade de ar­ma­ze­na­mento são reunidos após serem for­ne­ci­dos por ser­vi­do­res back-end e uti­li­za­dos por clientes, por meio da rede. A co­mu­ni­ca­ção entre dois ou mais dis­po­si­ti­vos finais ocorre, sempre, por meio de um servidor em segundo plano.

Esse tipo de ar­qui­te­tura é limitado e não consegue comportar tec­no­lo­gias como de fábricas in­te­li­gen­tes, em que dados precisam ser con­ti­nu­a­mente trocados entre inúmeros dis­po­si­ti­vos finais. Já a fog computing, baseada em pro­ces­sa­men­tos in­ter­me­diá­rios, próximo às fontes de dados, reduz a taxa de trans­fe­rên­cia de dados para o banco de dados central.

O que di­fe­ren­cia fog computing de edge computing?

Não são apenas altas taxas de trans­fe­rên­cia de dados em ar­qui­te­tu­ras de IoT de grande escala que chegam ao limite da com­pu­ta­ção em nuvem. A latência também configura outro de seus problemas: o pro­ces­sa­mento cen­tra­li­zado de dados sempre gera atrasos, oca­si­o­na­dos pelos longos caminhos que dados trans­mi­ti­dos devem percorrer. É que dis­po­si­ti­vos e sensores finais são obrigados a se dirigirem ao servidor do centro de dados para co­mu­ni­ca­rem-se entre si e também para aguar­da­rem respostas às so­li­ci­ta­ções externas, após o pro­ces­sa­mento. No contexto da internet das coisas, tempos de latência são um problema, uma vez que in­for­ma­ções devem ser trans­mi­ti­das em tempo real, para que máquinas reajam ime­di­a­ta­mente às situações.

A edge computing, parte da fog computing, oferece uma solução à latência: a tec­no­lo­gia não somente processa dados des­cen­tra­li­za­da­mente, como os processa lo­cal­mente, no dis­po­si­tivo final, ou seja, na borda (edge) da rede. Cada dis­po­si­tivo in­te­li­gente é equipado com um mi­cro­con­tro­la­dor próprio, capaz de processar dados básicos e comunicar-se com outros dis­po­si­ti­vos e sensores de IoT. Assim, tanto a latência quanto a taxa de trans­fe­rên­cia de dados ao centro de dados central são reduzidas.

Apesar de fog computing e edge computing estarem in­ti­ma­mente re­la­ci­o­na­das, elas não são a mesma coisa. O local onde os dados são pro­ces­sa­dos as di­fe­ren­cia. Na edge computing, dados gerados são pro­ces­sa­dos di­re­ta­mente na fonte e de lá enviados, salvo exceção. Já na fog computing, dados brutos, provindos de variadas fontes, são coletados e pro­ces­sa­dos em pequenos centros de dados in­ter­me­diá­rios, evitando o en­ca­mi­nha­mento da to­ta­li­dade de dados ao centro de dados central.

Não há como afirmar qual tec­no­lo­gia é melhor, se a edge computing, a fog computing ou a com­bi­na­ção das duas. Cada situação e área de aplicação demanda uma solução es­pe­cí­fica.

Vantagens da fog computing

A tec­no­lo­gia de fog computing apresenta soluções para variados problemas de in­fra­es­tru­tu­ras baseadas em nuvem. Ela promete caminhos de co­mu­ni­ca­ção mais curtos e evita que a nuvem seja so­bre­car­re­gada por dados, entre outros aspectos, listados abaixo:

1. Diminui o tráfego na rede: Fog computing reduz o tráfego entre dis­po­si­ti­vos de IoT e a nuvem.
2. Economiza custos de redes ter­cei­ri­za­das: Ope­ra­do­ras de rede cobram caro por nuvens de alta ve­lo­ci­dade. Parte destes custos pode ser evitada pela fog computing.
3. Possui modo off-line: Dis­po­si­ti­vos de IoT com tec­no­lo­gia de fog computing também ficam dis­po­ní­veis off-line.
4. Reduz a latência: Fog computing encurta os caminhos de co­mu­ni­ca­ção e, portanto, acelera análises au­to­ma­ti­za­das e processos de tomada de decisão.
5. Protege dados: Graças ao fogging, dados de dis­po­si­ti­vos são pré-pro­ces­sa­dos na rede local, o que pos­si­bi­lita con­fi­gu­ra­ções de segurança. É possível de­ter­mi­nar, por exemplo, que in­for­ma­ções con­fi­den­ci­ais não sejam trans­mi­ti­das para fora da empresa ou sejam crip­to­gra­fa­dos e/ou ano­ni­mi­za­dos antes da trans­mis­são para a nuvem.

Des­van­ta­gens da fog computing

O pro­ces­sa­mento des­cen­tra­li­zado de dados por pequenos centros de dados tem também des­van­ta­gens. Entre elas estão grandes esforços de ad­mi­nis­tra­ção e ma­nu­ten­ção, típicos de sistemas dis­tri­buí­dos. Listamos, abaixo, outras questões pro­ble­má­ti­cas da fog computing:

1. Altos custos de hardware: Dis­po­si­ti­vos e sensores finais de IoT em ar­qui­te­tu­ras de fog computing devem ser equipados com uma unidade de com­pu­ta­ção adicional, res­pon­sá­vel por gerenciar o pro­ces­sa­mento local dos dados e a co­mu­ni­ca­ção entre os dis­po­si­ti­vos.
2. Maior ne­ces­si­dade de ma­nu­ten­ção: O pro­ces­sa­mento des­cen­tra­li­zado de dados tem custos de ma­nu­ten­ção mais elevados. É que elementos de pro­ces­sa­mento e ar­ma­ze­na­mento são dis­tri­buí­dos por toda a rede ao invés de en­con­tra­rem-se em um único local, como na com­pu­ta­ção em nuvem.
3. Requer maior segurança de rede: Fog computing é mais sus­ce­tí­vel a ataques man-in-the-middle.