Існують виробничі та бізнес-процеси, що мають настільки важливе значення, що застосування хмарних обчислень може призвести до зниження продуктивності та ефективності всієї системи. Саме тут на допомогу приходять туманні обчислення.
Сфера технологій швидко еволюціонує, і постійно з’являються нові ІТ-інновації, які займають лідерські позиції на ринку. Згідно з циклом хайпу Gartner 2022, на сьогоднішній день велика кількість технологій, пов’язаних з обчисленнями та зберіганням даних, створюють значний ажіотаж протягом короткого періоду часу.
Наприклад, обчислювальні сховища, спеціалізовані хмарні платформи для різних галузей, сітчасті архітектури кібербезпеки та інші. Серед галузевих хмарних операцій особливе місце займає нова технологія – туманні обчислення. Вона є сполучною ланкою між надзвичайно швидкими периферійними обчисленнями та хмарними обчисленнями, що мають середню швидкість.
Якщо ваш бізнес залежить від критично важливих завдань, що потребують швидкого виконання з високим рівнем безпеки, то найкращим вибором будуть периферійні обчислення. Але що робити, якщо периферійне комп’ютерне обладнання не справляється з тим обсягом даних, що генерується обладнанням безпосередньо на місці? У цьому випадку використовуються туманні мережі.
Продовжуйте читати, щоб отримати базове розуміння туманних обчислень та ознайомитись із якісними ресурсами для навчання, які допоможуть вам опанувати туманні обчислення для використання у бізнесі або професійній діяльності.
Що таке туманні обчислення?
Туманні обчислення – це децентралізована мережа обчислювальної інфраструктури або процесів обробки даних, в якій обчислювальні ресурси розташовані між пристроєм або джерелом даних і централізованим центром обробки даних чи інфраструктурою хмарних обчислень, що належить третій стороні.
У 2012 році компанія Cisco ввела термін “туманні обчислення”, щоб запропонувати альтернативу хмарним обчисленням, що була б ближчою до пристроїв чи програм, де швидкість обробки даних має бути вищою, інакше процес може сповільнитись або взагалі вийти з ладу.
Згодом, у 2015 році, провідні розробники обладнання та програмного забезпечення, такі як Intel, Microsoft, Dell Technologies, ARM Holdings та Cisco Systems, заснували консорціум OpenFog для сприяння розвитку технології туманних обчислень.
На сьогоднішній день туманні обчислення – це широко вживаний термін у промислових галузях, де високошвидкісна обробка даних повинна здійснюватися на межі хмарної мережі. Ця технологія також має кілька синонімів, зокрема:
- Мережа туману
- Затуманювання
Мережа туману слугує мостом між периферійними та хмарними обчисленнями. Щоб зменшити витрати на пропускну здатність і підвищити швидкість обробки даних, виробничі процеси з підтримкою Інтернету речей, домашня автоматизація, системи безпеки та інші можуть використовувати додатковий рівень обчислювальної потужності, відомий як затуманювання.
Цей обчислювальний рівень матиме сховище, обчислювальні можливості та аналітичні програми. Залежно від попередньо налаштованого набору інструкцій, дані будуть надходити безпосередньо до обчислювальної інфраструктури туману, розташованої ближче до пристрою IoT або датчиків, що збирають дані з робочого середовища.
Саме там також розташована ваша периферійна обчислювальна система. Тому периферійні та туманні обчислення можна розглядати як близькіші, в той час як хмарні обчислення знаходяться на значно більшій відстані.
Якщо периферійні обчислення не можуть впоратися з обробкою зібраних даних, вони передаються до системи туманної мережі. Ця система обробляє дані та надає інструкції системам IoT щодо прийняття певних рішень. Після цього оброблені дані зберігаються у хмарі для архівування.
Як працюють туманні обчислення?
Структура мережі туману складається з різноманітних апаратних компонентів та програмних функцій, залежно від її застосування у промисловості.
Зазвичай вона включає в себе обчислювальні шлюзи, що збирають дані з локальних інтелектуальних машин та джерел даних. Крім того, туманна мережа може отримувати дані з різних кінцевих точок збору, таких як комутатори та маршрутизатори, що об’єднують цифрові активи в мережі.
Принцип функціонування обчислювальної системи туману перш за все полягає у передачі даних від пристроїв IoT або датчиків та назад у середовищі Інтернету речей. Ось яким чином відбувається передача даних в процесі туману:
- Контролер автоматизації відстежує сигнали зчитування від мережевих пристроїв IoT, датчиків та інших інтелектуальних машин.
- Контролер автоматизації запускає запрограмовану програму або алгоритм, який, в свою чергу, автоматизує обладнання IoT.
- Ця попередньо налаштована програма використовує стандартний сервер OPC Foundation для передачі даних на наступний пристрій в мережевому конвеєрі туману. OPC Foundation також відома як Object Linking and Embedding for Process Control (OLEPC) або Open Platform Communications (OPC).
- Програма також може використовувати інші шлюзи.
- Машина перетворює отримані дані в протокол, зрозумілий для різних стандартів інтернет-зв’язку, наприклад, HTTPS або MQTT (MQ Telemetry Transport).
- Тепер мережа Інтернет або інтранет може безперешкодно надсилати перетворені дані на один або декілька вузлів туману на краю хмари для аналізу.
- Вузли туману негайно інформують підключені пристрої IoT про необхідні дії, аналізуючи сигнали навколишнього середовища.
- Пізніше туманний вузол зберігає дані на віддаленому хмарному сервері для аудиту, аналізу та архівування.
Тепер давайте розглянемо основні відмінності між туманними та периферійними обчисленнями.
Туманні обчислення проти периферійних обчислень
Основна відмінність між периферійними та туманними мережами полягає у місці розташування обчислювальної потужності.
У випадку з периферійними обчисленнями, обчислювальна потужність та здатність приймати рішення можуть бути вбудовані безпосередньо в пристрій IoT. Наприклад, розумні камери безпеки з функцією розпізнавання облич, підключені до локальної мережі (LAN) та хмарного сховища.
Іншою можливою архітектурою для периферійної обчислювальної мережі є підключення кількох невеликих пристроїв IoT, таких як приводи, датчики температури, датчики рідини, датчики руху та інші, до периферійного обчислювального центру.
На відміну від цього, туманні обчислення розміщують інтелектуальні можливості або обчислювальну потужність у локальній мережі за допомогою туманного вузла або туманного концентратора. Хаб отримує сигнали в реальному часі від пристроїв IoT та процесів, а потім інформує підключені інтелектуальні машини про необхідні дії. Вузол туману також відповідає за передачу даних на центральний хмарний сервер для детального аналізу, що не є критичним для прийняття рішень в реальному часі.
Однак, деякі експерти з Інтернету речей стверджують, що затуманювання – це лише стандарт Cisco для периферійних обчислень.
Туманні обчислення проти хмарних обчислень
Може здатися, що туманні та хмарні обчислення дуже схожі, тому важливо розуміти різницю між ними.
Хмарні обчислення створюють централізований центр для всіх потреб у обчисленнях та зберіганні даних. Це робить мережу менш “розумною”. Навпаки, туманні мережі передають інтелектуальні дані на край мережі, який також підключений до хмари.
Така “периферійна” інтелектуалізація зменшує навантаження на хмарні обчислення та інтернет-ресурси.
Компоненти туманних обчислень
Різні компанії, що займаються IoT, використовують різні підходи до налаштування систем туманних мереж. Тому існує кілька архітектур у екосистемі туманних мереж. Проте, нижче наведено загальні компоненти будь-якої стандартної архітектури туману:
#1. Віртуальні та фізичні вузли
Це прості пристрої кінцевих користувачів, такі як мобільні телефони, різноманітні датчики на виробничій лінії, розумні колонки, інтелектуальне освітлення та багато інших, які генерують дані та виконують інструкції.
#2. Туманні пристрої або вузли
Зазвичай це сервери туману, шлюзи туману та пристрої туману. Пристрої туману зберігають дані, а шлюз туману аналізує дані з декількох пристроїв туману. Нарешті, туманні шлюзи відповідають за маршрутизацію даних.
#3. Служби моніторингу
Ці API забезпечують безперебійну роботу вузлів туману та пристроїв IoT, а також їх постійний зв’язок.
#4. Програми обробки даних
Ці програми працюють на сервері туману, щоб фільтрувати, обробляти, очищувати, реконструювати та, зрештою, зберігати дані у хмарі.
#5. Системи управління ресурсами
Вона функціонує як блок балансування навантаження та контролює використання всіх вузлів туману.
#6. Програми та інструменти безпеки
Шифрування даних під час передачі та зберігання завжди необхідне для забезпечення безпеки туманних обчислень. Ці компоненти забезпечують надійне шифрування цифрових даних.
#7. Графічний інтерфейс користувача, програмне забезпечення та програми
Це програми та інструменти, які використовуються користувачами або операторами для управління всією системою.
Навіщо та коли потрібні туманні обчислення?
Туманні обчислення дозволяють компаніям, що працюють з IoT, масштабувати свою діяльність. Вони не можуть покладатися виключно на хмарні обчислення, оскільки при збільшенні трафіку або кількості користувачів хмарні обчислення можуть просто не витримати навантаження.
Хмарні обчислення є хорошим джерелом недорогої обчислювальної потужності, програмних платформ та великого обсягу сховища даних. Однак, не можна покладатися лише на хмару або віртуалізацію, коли йдеться про процеси, що вимагають надзвичайно високого рівня точності та швидкості.
Для забезпечення практично нульової затримки на заводах або в розумних містах, що використовують системи IoT, необхідно налаштувати одну або кілька туманних мереж, залежно від розміру середовища IoT.
Нижче наведено ще декілька важливих причин застосування туманних обчислень:
- Ваші системи IoT збирають занадто багато даних, і вам не потрібні всі ці дані. У цьому випадку туманні обчислення можуть допомогти у фільтрації даних.
- Мережеве обладнання IIoT має реагувати протягом мілісекунди після виявлення аномалії. Така швидкість досягається лише за допомогою периферійних або туманних обчислень.
Далі розглянемо переваги туманних обчислень.
Переваги туманних обчислень
Ознайомтесь з потенційними можливостями мереж туману в розумних містах, будинках та промисловій автоматизації:
Мінімізація затримки
Якщо затримка має велике значення для вашого бізнесу, то туманні обчислення є ідеальним рішенням. Вони проводять аналіз даних безпосередньо в точці, близькій до джерела даних. Таким чином, компанії можуть розраховувати на мінімальну затримку, порівняно з іншими технологіями.
Особливо у таких галузях, як виробництво та енергетика, де кожна секунда має значення, мережа туману може забезпечити швидші сповіщення, зменшуючи втрати часу.
Зменшення використання пропускної здатності
У туманних обчисленнях аналіз даних не передбачає перенесення даних на хмарний сервер. Тому немає потреби у великій пропускній здатності мережі. Це не тільки зменшує залежність від Інтернету, але й дозволяє компаніям заощадити кошти.
Хоча підключені пристрої продовжують генерувати дані для аналізу, завдання виконуються у найближчій точці. У результаті більшість даних не потрібно транспортувати.
Конфіденційність
Конфіденційність даних є надзвичайно важливою в сучасному світі, і туманні обчислення можуть допомогти в її забезпеченні. Компанії, які потребують певного рівня конфіденційності, можуть використовувати туманну мережу.
Всі критично важливі дані аналізуються локально, а ІТ-команда ретельно контролює та обслуговує пристрої. На хмарний сервер надсилаються лише підмножини даних, що потребують аналізу вищого рівня.
З цієї причини дані, оброблені за допомогою туманних обчислень, є більш захищеними від порушень конфіденційності.
Зниження витрат
Вартість часто є головною проблемою для організацій будь-якого типу. Якщо вони обирають туманні обчислення, загальні витрати для компанії зменшуються. Оскільки цей вид обчислень потребує меншої пропускної здатності мережі, експлуатаційні витрати значно знижуються.
Максимальна безпека
Всі дані, що генеруються IoT, повинні бути захищені від несанкціонованого доступу та кіберзлочинців. У туманних обчисленнях вузли туману можна контролювати та захищати за допомогою тих самих елементів керування та політик, які компанії застосовують до решти свого ІТ-середовища. Це забезпечує безпеку даних під час передачі та зберігання.
Підвищення надійності
В більшості випадків пристрої IoT повинні працювати у складних умовах. Мережа туману може підвищити надійність даних навіть у таких суворих умовах, одночасно зменшуючи потребу у передачі даних у хмару.
Аналітика в реальному часі
Компанії, що використовують туманні обчислення, також мають доступ до аналітики даних у режимі реального часу. Вони можуть використовувати цю функцію, щоб випередити своїх конкурентів.
Виробничі та фінансові компанії повинні приймати миттєві рішення на основі даних аналітики. Вони можуть отримати вигоду від туманних обчислень завдяки швидкій передачі даних у реальному часі.
Ресурси для навчання
#1. Fog Computing: концепції, фреймворки та програми
Шукаєте навчальний посібник, що дозволить вам опанувати туманні обчислення від базового до просунутого рівня? Зверніть увагу на цю книгу про туманні обчислення від CRC Press на Amazon.
Нижче перелічено основні особливості цієї книги в твердій палітурці:
- Вступ до туманних обчислень та основні поняття
- Архітектура туманних обчислень
- Оцінка туманних обчислень у IoT
- Машинне навчання в туманних обчисленнях
- Інформаційна безпека в туманних обчисленнях
- Програми та інструменти для моделювання туманних обчислень
- Різноманітні реальні застосування туманних обчислень
#2. Туманні обчислення та Інтернет речей
Нещодавно відбулася конференція присвячена темі Fog Computing та Internet-of-Things. Вона була присвячена актуальним темам ІТ-індустрії.
Збірник матеріалів цієї комп’ютерної конференції доступний на Amazon у твердій та м’якій обкладинці.
Підсумки
Інтернет речей та промисловий Інтернет речей стрімко розвиваються. За даними Statista, у 2019 році було 8,6 мільярда активних пристроїв IoT та IIoT. У 2023 році це число зросло до 15,14 мільярда. Згідно з прогнозом тієї ж статистичної компанії, до 2030 року у світі буде приблизно 29,42 мільярда активних пристроїв IoT.
Ця величезна кількість пристроїв Інтернету речей, що використовуються вдома, у розумних містах та різних галузях, потребуватиме петабайтів пропускної здатності Інтернету, якщо вони планують працювати на інфраструктурі хмарних обчислень.
Крім того, важливо зазначити, що деякі критично важливі процеси IoT ніколи не досягнуть високої швидкості обробки, якщо вони будуть виконуватись у хмарі. Туманні обчислення є розумним компромісом між хмарою та периферією, і ви можете дослідити можливості для бізнесу або високооплачувані професійні посади, якщо ви навчитеся та опануєте туманні обчислення.