Vysvětleno za 5 minut nebo méně

Některé klíčové průmyslové a obchodní procesy vyžadují okamžitou odezvu, a proto spoléhání na cloudové služby může zpomalovat celkovou produktivitu a efektivitu. V takových situacích se jako efektivní řešení nabízí fog computing.

Technologický sektor se dynamicky vyvíjí a trh je zaplaven novými IT inovacemi. Dle Gartner Hype Cycle z roku 2022, mnoho výpočetních technologií a technologií pro ukládání dat v současné době rychle získává velkou pozornost.

Mezi tyto technologie patří například výpočetní úložiště, průmyslové cloudové platformy a architektury kybernetické bezpečnosti. V oblasti průmyslových cloudových operací se jako novinka objevuje právě fog computing. Funguje jako spojovací článek mezi extrémně rychlým edge computingem a cloud computingem s mírnější rychlostí.

Pokud vaše společnost řeší kritické operace, které vyžadují vysokou rychlost a zabezpečení, pak je ideální volbou edge computing. Nicméně, co když edge hardware nedokáže zpracovat objemy dat generované přímo na místě? Právě zde vstupuje do hry fog networking.

V následujícím textu se seznámíte se základy fog computingu a získáte přístup k dalším kvalitním zdrojům pro hlubší studium, které vám pomohou ovládnout tuto technologii v obchodním či profesním prostředí.

Co je Fog Computing?

Fog computing představuje decentralizovanou síť výpočetní infrastruktury nebo procesů zpracování dat. V této síti jsou výpočetní zdroje umístěny mezi zařízeními či zdroji dat a centrálním datovým centrem nebo cloudovou infrastrukturou třetí strany.

Termín "fog computing" zavedla společnost Cisco v roce 2012. Cílem bylo definovat alternativu ke cloud computingu, která je blíže strojům nebo aplikacím, kde je nutné rychlé zpracování dat, jinak může dojít ke zpomalení nebo selhání procesu.

V roce 2015 založili přední vývojáři hardwaru a softwaru, včetně společností Intel, Microsoft, Dell Technologies, ARM Holdings a Cisco Systems, konsorcium OpenFog, aby podpořili rozvoj fog computingu.

V současnosti je fog computing oblíbeným pojmem v průmyslových odvětvích, kde je nutné vysokorychlostní zpracování dat na okraji cloudové sítě. Pro tuto technologii se používají i synonyma, jako:

Mlžné sítě
Mlžení

Fog networking funguje jako most mezi edge computingem a cloud computingem. Pro úsporu nákladů na šířku pásma a zvýšení rychlosti zpracování, výrobní procesy využívající IoT, systémy domácí automatizace, bezpečnostní systémy a další mohou implementovat další vrstvu výpočetního výkonu, tzv. fogging.

Tato výpočetní vrstva zahrnuje úložiště, možnosti zpracování a analytické aplikace. Na základě předem definovaných instrukcí, data směřují přímo do výpočetní infrastruktury fog, která je blízko IoT zařízením nebo senzorům, jež sbírají data z provozního prostředí.

Jedná se o stejné místo, kde se nachází váš edge systém. Proto lze edge a fog computing považovat za vzájemně blízké, zatímco cloud computing zůstává mnohem vzdálenější.

Pokud edge computing nezvládne zpracovat data, jsou shromážděná data přesměrována do fog systému. Ten data zpracuje a dá pokyn IoT systému k provedení rozhodnutí. Následně uloží zpracovaná data do cloudu pro účely archivace.

Jak Fog Computing Funguje?

Síťový rámec fog computingu se skládá z různých hardwarových komponent a softwarových funkcí, které se odvíjejí od specifické průmyslové aplikace.

Často zahrnuje výpočetní brány, které shromažďují data z lokálních inteligentních strojů a zdrojů dat. Fog síť může také přijímat data z různých sběrných bodů, jako jsou přepínače a směrovače, které propojují digitální aktiva v rámci sítě.

Princip fungování fog computingu je především o transportu dat mezi IoT zařízeními nebo senzory v prostředí IoT. Přenos dat probíhá následovně:

Řídicí jednotka automatizace sleduje signály ze síťových IoT zařízení, senzorů a dalších inteligentních strojů.
Řídicí jednotka automatizace spouští naprogramovanou aplikaci nebo algoritmus, který automatizuje IoT zařízení.
Tento předem nakonfigurovaný program používá standardní server OPC Foundation k přenosu dat do dalšího zařízení v síti fog. OPC Foundation je také známá jako Object Linking and Embedding for Process Control (OLEPC) nebo Open Platform Communications (OPC).
Program může využívat i jiné komunikační brány.
Stroj převádí data do datového protokolu, který je srozumitelný pro internetové komunikační standardy, jako je HTTPS nebo MQTT (MQ Telemetry Transport).
Následně může internet nebo intranetová síť odeslat převedená data do jednoho nebo více fog uzlů na okraji cloudu k analýze.
Fog uzly okamžitě instruují připojená IoT zařízení o tom, co mají dělat, na základě analýzy signálů prostředí.
Nakonec fog uzel uloží data na vzdálený cloudový server pro účely auditu, analýzy a archivace.

Nyní si stručně porovnáme fog a edge computing.

Fog Computing vs. Edge Computing

Zásadní rozdíl mezi edge a fog networkingem spočívá v umístění výpočetního výkonu.

V edge computingu je výpočetní a rozhodovací výkon integrován přímo do IoT zařízení. Jako příklad lze uvést inteligentní bezpečnostní kamery s rozpoznáváním obličeje, které jsou připojeny k místní síti (LAN) a cloudovému úložišti.

Další možnou architekturou edge computingu je propojení menších IoT zařízení, jako jsou akční členy, teplotní senzory, senzory tekutin, pohybové senzory atd., s edge hubem.

Naproti tomu fog computing umísťuje inteligenci nebo výpočetní výkon do LAN pomocí fog uzlu nebo fogging hubu. Tento hub shromažďuje signály ze zařízení a procesů IoT a následně dává připojeným inteligentním strojům instrukce, co mají dělat. Fog uzel také odpovídá za odesílání dat na centrální cloudový server pro hloubkovou analýzu, která není kritická pro rozhodování v reálném čase.

Někteří experti na IoT nicméně považují fogging pouze za standard edge computingu od firmy Cisco.

Fog Computing vs. Cloud Computing

Možná si myslíte, že fog a cloud computing jsou si velmi podobné. Proto je důležité si ujasnit rozdíly mezi nimi.

Cloud computing vytváří centralizované centrum pro veškeré výpočetní a úložné potřeby. Tímto způsobem se síť stává méně inteligentní. Naopak, fog networking přináší inteligenci na okraj sítě, která je také propojena s cloudem.

Tato okrajová inteligence snižuje zátěž cloud computingu a internetových zdrojů.

Komponenty Fog Computingu

Různé IoT společnosti používají různé metody pro nastavení fog systému. Proto je možné najít různé architektury v ekosystému fog sítí. Následující komponenty jsou však běžné v jakékoli standardní architektuře fog computingu:

#1. Virtuální a fyzické uzly

Jedná se o koncová zařízení uživatelů, jako jsou mobilní telefony, různé senzory ve výrobních linkách, chytré reproduktory, inteligentní osvětlení a další, která generují data a vykonávají instrukce.

#2. Fog zařízení neboli uzly

Obecně se jedná o fog servery, fog brány a fog zařízení. Fog zařízení ukládají data, zatímco fog brány analyzují data z více fog zařízení. Fog brány také zajišťují směrování a přesměrování dat.

#3. Monitorovací služby

Tato rozhraní API zajišťují, že fog uzly a IoT zařízení fungují bez problémů a neustále komunikují.

#4. Programy pro zpracování dat

Tyto programy běží na fog serveru a filtrují, zpracovávají, čistí, rekonstruují a nakonec ukládají data v cloudu.

#5. Systémy řízení zdrojů

Tento systém funguje jako jednotka pro vyrovnávání zátěže a dohlíží na využití všech fog uzlů.

#6. Bezpečnostní aplikace a nástroje

Šifrování dat během přenosu i při uložení je nezbytné pro zajištění bezpečného fog computingu. Tyto komponenty zajišťují robustní šifrování digitálních dat.

#7. GUI, software a aplikace

Jedná se o aplikace a nástroje, které lidští uživatelé nebo operátoři v továrnách používají k ovládání celého systému.

Proč a kdy potřebujete Fog Computing?

Fog computing umožňuje společnostem založeným na internetu věcí rozšiřovat své operace. Spoléhání se na cloud computing není vždy možné, protože při nárůstu provozu nebo počtu uživatelů může cloud jednoduše selhat.

Cloud computing nabízí výhodný zdroj levného výpočetního výkonu, programovací platformu a velkokapacitní úložiště. Nicméně u procesů, které vyžadují vysokou přesnost a rychlost, nelze spoléhat pouze na cloud nebo virtualizaci.

Pro dosažení prakticky nulové latence v továrnách nebo chytrých městech založených na IoT je nutné implementovat jeden nebo více fog systémů, v závislosti na rozsahu prostředí IoT.

Mezi další významné důvody pro implementaci fog computingu patří:

Vaše IoT systémy shromažďují nadbytečné množství dat, která nejsou všechna potřebná. Fog computing vám tedy může pomoci s filtrací dat.
Síťová zařízení IIoT musí reagovat v milisekundách od detekce anomálie. Takové rychlosti lze dosáhnout pouze s využitím edge nebo fog computingu.

Nyní se podíváme na výhody fog computingu.

Výhody Fog Computingu

Níže jsou uvedeny výhody fog sítí v inteligentních městech, domácnostech a průmyslové automatizaci:

Minimalizace latence

Pokud je pro vaše podnikání latence klíčová, je fog computing ideální volbou. Analýza dat probíhá v blízkosti zdroje dat, což minimalizuje latenci oproti jiným technologiím.

Především v průmyslových odvětvích, jako je výroba a energetika, kde je každá sekunda cenná, nabízí fog networking rychlejší upozornění, což vede k menším časovým ztrátám.

Menší využití šířky pásma

V rámci fog computingu se analýza dat neprovádí přenosem dat na cloudový server. Díky tomu není potřeba velké množství šířky pásma sítě. Tím se nejen snižuje závislost na internetu, ale také klesají náklady.

Přestože připojená zařízení neustále generují data pro analýzu, tyto úkoly se provádějí v nejbližším bodě. Většina dat tedy nepotřebuje být transportována.

Soukromí

Ochrana osobních údajů je v dnešním světě velmi důležitá a fog computing jí věnuje pozornost. Pokud firmy potřebují zajistit určitou úroveň soukromí, mohou využít fog sítě.

Veškerá kritická data jsou analyzována lokálně, protože na zařízení dohlíží a podporuje je IT tým. Na cloudový server se odesílají pouze data, která vyžadují analýzu na vyšší úrovni.

Z tohoto důvodu jsou data zpracovávaná fog computingem relativně bezpečnější před narušiteli soukromí.

Snížení nákladů

Náklady jsou často hlavním faktorem pro všechny typy organizací. Implementace fog computingu snižuje celkové náklady společnosti. Jelikož tato technologie vyžaduje menší šířku pásma sítě, výrazně klesají provozní náklady.

Maximalizace bezpečnosti

Veškerá data generovaná IoT by měla být chráněna před neoprávněným přístupem a kybernetickými útoky. Ve fog computingu lze fog uzly monitorovat a chránit pomocí stejných ovládacích prvků a zásad, jaké firmy uplatňují pro zbytek svého IT prostředí. Data jsou tak chráněna jak během přenosu, tak při uložení.

Zvýšení spolehlivosti

Ve většině případů musí IoT zařízení fungovat v náročných podmínkách. Fog networking dokáže zlepšit spolehlivost dat i za těchto náročných podmínek a zároveň omezit potřebu přenosu dat do cloudu.

Analýza v reálném čase

Společnosti využívající fog computing mají také přístup k analýze dat v reálném čase. Mohou této funkce využít a zůstat tak před konkurencí.

Výrobní a finanční společnosti potřebují přijímat okamžitá rozhodnutí na základě analytických dat. Mohou tak těžit z fog computingu díky rychlému přenosu dat v reálném čase.

Výukové Zdroje

#1. Fog Computing: koncepty, rámce a aplikace

Hledáte knihu, která vám pomůže naučit se fog computing od základní až po pokročilou úroveň? Vyzkoušejte tuto publikaci od CRC Press na Amazonu.

Mezi hlavní rysy této knihy patří:

Úvod a základy fog computingu
Architektura fog computingu
Posouzení fog computingu v IoT
Strojové učení ve fog computingu
Informační bezpečnost ve fog computingu
Aplikace a nástroje pro simulaci fog
Různé reálné aplikace fog computingu

#2. Fog Computing a Internet of Things

Tato konference na téma fog computingu a internetu věcí se konala v nedávné době. Zaměřila se na aktuální trendy v IT průmyslu.

Tato kniha shrnující konferenční materiály je dostupná na Amazonu v pevné i brožované vazbě.

Závěrem

Internet věcí (IoT) a průmyslový internet věcí (IIoT) se rychle rozvíjejí. Podle statistik společnosti Statista bylo v roce 2019 aktivních 8,6 miliardy IoT a IIoT zařízení. V roce 2023 toto číslo vzrostlo na 15,14 miliardy. Podle pečlivě zpracované prognózy téže společnosti se očekává, že do roku 2030 bude na světě kolem 29,42 miliardy aktivních IoT zařízení.

Toto obrovské množství IoT zařízení v domácnostech, městech a průmyslových odvětvích bude vyžadovat petabajty internetové šířky pásma, pokud budou všechna zařízení pracovat v rámci cloudové infrastruktury.

Některé kritické IoT procesy nikdy nedosáhnou požadované rychlosti zpracování, pokud budou fungovat v cloudu. Fog computing představuje rozumné řešení mezi cloudem a edge. Pokud se naučíte ovládat fog computing, můžete se těšit na nové obchodní příležitosti nebo lépe placené pracovní pozice.