Туманные вычисления что это
Что такое туманные вычисления
За последнее десятилетие IT-индустрия перепрела серьезные изменения. Наиболее кардинальным решением стало появление облачных технологий в области хранения данных, вычислений, сетевого взаимодействия. Но в современных реалиях даже его возможностей уже недостаточно. Сегодня с наибольшими ограничениями столкнулся интернет вещей. Решить такие проблемы должны туманные вычисления. Это передовая концепция в облачной архитектуре, предполагающая обработку данных на периферийных устройствах сети – ПК, смартфонах, персональных гаджетах и пр., выводя их из облака. Познакомимся более подробно, что такое туманные вычисления, что стало причиной их развития, как они построены и где могут использоваться.
В чем же проблема?
Как показала практика, облачные технологии имеют ряд ограничений. И они негативно сказываются на удобстве работы. Судите сами:
Технологии идут вперед, а возможности для их реализации стоят на месте. И с этим надо что-то делать. На устранение таких проблем и направлены технологии туманных вычислений.
Эффективное решение: туманные вычисления
Наиболее уязвимое место виртуальных технологий – полоса связи между периферийными устройствами и облаком. Уменьшить нагрузку на нее можно только единственным способом – снизить количество передаваемых данных. Если же работы ведутся с время-чувствительными коммуникациями, требуется снизить время задержки. И реализовать это можно только, если весь аналитический блок перенести их облака на персональные компьютеры, смартфоны и другие периферийные устройства. Именно этим и занимаются туманные технологии. Они помогают решать ключевые проблемы интернета вещей, что и стало основной причиной их популярности.
Итак, туманные вычисления – это передовой подход к построению софтов, при котором центр обработки данных размещается не в облаке, а в непосредственной близости от конечных пользователей. Применяется он преимущественно для обслуживания транзакций, критически зависящих от времени. Без классического облака здесь не обходится. Но между ним и периферией включается несколько дополнительных слоев, мини-ЦОДов. Это и есть туманные облака. Они берут на себя время-зависимые операции, обрабатывают их. Так исключается обращение к основному облаку. Туманные слои способные покрывать географические территории так же, как сотовые операторы: в непосредственной близости от каждого пользователя есть своя «вышка». Все обработки выполняются в режиме реального времени. Здесь задержки составляют от 1 до 10 миллисекунд, что в 100-10 раз меньше, чем в случае использования основного облака.
Получается, что большие облака и туманные распределяют обязанности:
То есть туман – это новый этап в эволюции виртуальных технологий. Он открывает перед бизнесом новые возможности благодаря местной обработке данных. Подобные вычисления преимущественно работают с интернетом вещей, то есть с услугами и софтами, слабо совместимыми с Cloud или вовсе с ним не функционируют. Они требуют изначальной обработки информации или ее фильтрации перед отправкой в облако.
На практике туманные технологии позволяют получать отличный результат при работе с программами, которые:
Туман – это не альтернатива, а дополнение Cloud, особенно в области администрирования, аналитики данных и пр.
Реализация и построение туманных облаков
Работает технология на стандартной структуре, которую мировое сообщество знает под термином OpenFog RA. Она была создана в 2015 году консорциумом OpenFog, в который вошли передовые компании из области IT-индустрии.
По своей инфраструктуре и архитектуре облачные и туманные вычисления очень схожи. И первые, и вторые используют серверы и процессоры периферийных гаджетов, коммутационные узлы, блоки хранения информации. Но вот техническая сторона у Fog и классического облака разная.
Архитектура туманного облака – некий аналог «прослойки» между классическим облаком, оборудованием, работающими с интернетом вещей и периферическими гаджетами. В отличие от построения Cloud, туман имеет свои особенности:
Согласно туманной архитектуре те полслойки, которые географически будут располагаться ближе к виртуальным дата-центрам, будут обладать более высокими вычислительными возможностями и объемами для хранения данных. А вот туманные облака, находящиеся ближе к персональным устройствам и сенсорам интернета вещей имеют более высокую скорость отклика и интерактивность.
Чтобы ПК или другой гаджет смог стать узлом туманной сети, владелицу необходимо дать оператору доступ к нему в фоновом режиме. Операторы же в свою очередь за такую услугу предоставляют дополнительные льготы такому пользователю.
Сценарии использования туманных вычислений
Уже сегодня существует огромное количество сценариев, использующих туманные вычисления. Но технологии, в том числе и смежные, не стоят на месте. И это дает старт развитию как Fog Computing, так и появления новых сценариев его применения.
Рассмотрим несколько примеров, где могут использоваться туманные вычисления:
Автономные системы управления транспортом
Работа всех автономных систем управления транспортом (ADS) основана на:
Программы, согласно которым функционируют данные системы, требуют мгновенного быстродействия. Поэтому их размещают в самом автомобиле.
Электронное здравоохранение
Туманные технологии в eHealth применяются для мгновенного снятия данных с датчиков, которые носит пациент. Это позволит врачам быстро принимать соответствующие меры в случае возникновения критических ситуаций. На практике такие системы применяются для мониторинга состояния здоровья пациентов, страдающих сахарным диабетом и автоматического выполнения инъекции.
Работает это так: сенсор срабатывает в случае критического повышения уровня глюкозы в крови. Через туманное облако он передает сигнал на введение лекарства – на теле пациента предусмотрен микро-шприц с одной дозой препарата. То есть человеку, страдающему сахарным диабетом, самостоятельно больше не надо контролировать уровень глюкозы в крови и лично делать уколы инсулина.
Облачные провайдеры
Буквально сразу после появления туманных технологий, ведущие мировые провайдеры Amazon, Google, Microsoft запустили в работу ряд проектов в области безсерверной архитектуры на базе собственных экосистем интернета вещей. Так, у Amazon это была платформа Greengrass – контейнер для реализации программного модуля. Google создала Android-платформу для интернета вещей. Microsoft работает с поддержкой функционала Azure.
Это не единственные проекты, которые сегодня находятся в разработке. Рынок постоянно развивается, совершенствуется, открываются новые направления. И все говорит о том. что речь идет о технологии будущего.
Если вам нужна помощь во внедрении туманных вычислений в собственные бизнес-процессы, обращайтесь за профессиональной помощью к специалистам компании «Xelent». Консультации можно получить по телефону и через форму обратной связи.
Туманные вычисления
Fog computing
Что такое туманные вычисления
и почему без них не построить никакого интернета вещей
Туманные вычисления призваны расширить облачные функции хранения, вычисления и сетевого взаимодействия. Концепция предполагает обработку данных на конечных устройствах сети (компьютерах, мобильных устройствах, датчиках, смарт-узлах и т.п.), а не в облаке, решая таким образом основные проблемы, возникающие при организации интернета вещей.
Содержание
Концепция
Развитие интернета вещей (IoT, Internet of Things) потребовало поддержки мобильности устройств IoT для различных местоположений с геолокацией и с небольшой задержкой на обработку данных. Поэтому была предложена новая платформа для удовлетворения таких требований, которая и получила название Fog computing – «туманные вычисления». Её основной особенностью является обработка данных в непосредственной близости от источников их получения, без необходимости их передачи в крупные дата-центры только для того, чтобы их там обработать и передать назад результаты.
Таким образом, становится ясным происхождение термина «туманные вычисления»: когда густое облако опускается до поверхности земли (на границу сети), мы видим туман.
Стандартизация
В 2015 году с целью выработки единых подходов к реализации Fog компаниями ARM, Cisco, Dell, Intel, Microsoft, а также Принстонским Университетом (Princeton University), в США был создан консорциум OpenFog Consortium. В дальнейшем, в консорциум OpenFog вошло много других компаний (General Electric, Hitachi, ZTE и др), а также университетов, например, ShanghaiTech University. К 2018 году в OpenFog выходят более 50 членов. Консорциум OpenFog разрабатывает стандартную архитектуру OpenFog RA [1] (OpenFog Reference Architecture).
Реализация и архитектура
Fog не является альтернативой для Cloud. Напротив, Fog плодотворно взаимодействует с Cloud, особенно в администрировании и аналитике данных, и такое взаимодействие порождает новый класс приложений.
Архитектура Fog Computing представляет собой некую «прослойку» на границе между облаком и устройствами интернета вещей с сенсорами, а также мобильными устройствами пользователей.
Основные архитектурные отличия Fog от Cloud:
В архитектуре Fog сетевые узлы (Fog Sites), расположенные ближе к облачным дата-центрам, обладают большей вычислительной мощностью и бóльшим объемом данных в системах хранения. Сетевые узлы, расположенные ближе к сенсорам интернета вещей и мобильным устройствам, обладают большей интерактивностью и быстрым откликом. Отличительной особенностью Fog является то, что в качестве сетевого узла могут выступать устройства пользователя, такие как персональные компьютеры, домашние шлюзы, телеприставки и мобильные устройства. Чтобы устройство пользователя могло работать как узел сети Fog, пользователь должен дать оператору связи соответствующее разрешение на использование вычислительной мощности своего гаджета в фоновом режиме, в обмен на различные льготы со стороны оператора.
Типовое применение Fog Computing
Некоторые сценарии использования
Автономные системы управления транспортом (ADS, Autonomous Driving System)
Fog-системы в электронном здравоохранении (eHealth)
Fog-проекты облачных провайдеров
Безсерверная архитектура позволяет выполнять исходный код тысяч и миллионов пользователей (в частности, fog-устройств) внутри вычислительной среды, не заботясь о масштабировании ресурсов.
Компания Microsoft анонсировала поддержку функций Azure (Azure Functions) внутри платформы разработки SDK (Software Development Kit). Функции Azure вначале были введены в семейства облачных продуктов с безсерверной архитектурой (Serverless Architecture), разработанных в Microsoft.
Компания Amazon разработала платформу Greengrass с поддержкой т.н. Lambda-функций (безсерверной архитектуры) в устройствах IoT при взаимодействии с облачной платформой AWS. Greengrass — это контейнер исполнения программного модуля, который может быть запущен непосредственно на Fog-устройстве, а не на сервере в дата-центре. Устройства с Greengrass могут обмениваться информацией между собой вне зависимости от наличия внешнего интернета, т.е. горизонтально между Fog-устройствами при помощи различных радио-протоколов интернета вещей.
Google представил платформу для интернета вещей Android Things с поддержкой микрокомпьютеров Intel Edison и Joule 570x, NXP Pico i.MX6UL и Argon i.MX6UL, а также Raspberry Pi 3. Fog-приложения разрабатываются на платформе Android Studio для любого из этих устройств. Android Things также обеспечивает интеграцию с Google Play и всей экосистемой Android, на которой сейчас работают 90% смартфонов в мире. Таким образом, система Android Things даёт возможность любому Android-смартфону или планшету работать в качестве Fog-узла.
Эти проекты показывают тенденцию «коммодитизации» устройств IoT, то есть проектирование и создание их на базе общедоступных элементов Fog Computing.
В России технологии IoT и Fog Computing используются, например, в решениях «интеллектуальный карьер» российской компании «ВИСТ Майнинг Технолоджи» (слово «майнинг» в названии российской компании используется в своём исходном значении – добыча полезных ископаемых).
Преимущества и прогнозы
Преимуществом туманных вычислений является снижение объема данных, передаваемых в облако, что уменьшает требования к пропускной способности сети, увеличивает скорость обработки данных и снижает задержки в принятии решений. Туманные вычисления решают ряд самых распространенных проблем, среди которых:
Самый большой потенциал развития технологии Fog computing имеют в следующих отраслях: энергетика, коммунальные службы, и транспорт, сельское хозяйство, торговля, а также здравоохранение и промышленное производство.
Развитие в России
2016: Кремль поручил подготовить инфраструктуру туманных вычислений
1 июля 2016 года стало известно о том, что Кремль поручил Минкомсвязи, Минпромторгу, а также другим ведомствам подготовить инфраструктуру туманных вычислений.
По данным «Коммерсанта», администрация президента направила в Минкомсвязи, Минпромторг, «Ростелеком» и Агентство стратегических инициатив (АСИ) письмо с подписью президента Владимира Путина на тему развития туманных вычислений в России.
Другой источник в одном из профильных министерств в разговоре с газетой уточнил, что результаты выполнения поручения нужно представить в октябре 2016 года. Отмечается, что инициатива по работе в данной сфере исходит от «Ростелекома» и АСИ, чью идею поддержали в администрации президента.
«Коммерсантъ» сообщает, что Минпромторг обратился к нескольким российским технологическим компаниям с просьбой предоставить экспертизу проекта. В частности, соответствующую просьбу министерство направило компании «Т-Платформы», которая занимается разработкой вычислительной техники. [9]
Fog computing
Если вам кажется, что на картинке ничего не видно, то я отвечу, на картинке отчетливейшим образом изображен туман! 😉 В связи с выходом из вынужденного захабренного молчания публикую свой небольшой футурологический очерк.
Ура! То, о чем так давно боялись спросить большевики, случилось! В след за облачными вычислениями сегодня мы открываем эпоху туманных (fog) вычислений!
Туманные вычисления — и звучит как-то туманно. Попробую в двух словах донести эту парадигму до читателя, невооруженного википедией и гуглом. Для вооруженных же придется сказать, что сие словосочетание уже было испохаблено одним из видов облачных вычислений, которые принципиально ни чем от них не отличаются.
Итак, туманные вычисления. Как нетрудно догадаться, «туман» — это, как и «облако» некоторая связанная распределенная вычислительная мощность. Применим дифференциальный подход к облаку и положим, что вместо одного дискретного узла облака (да, в настоящих облаках нет узлов и в этом кроется вся фальшивость этого термина) в составе: процессор, ОЗУ, ПЗУ, устройства ввода/вывода мы имеем скалярное поле (распределение в объеме плотности) вычислительной мощности, оперативной и постоянной памяти, а также векторное поле потоков данных.
В этой точке можно выдохнуть и дальше попробую без этих заморочек. Компьютеры становятся меньше. Компьютеры становятся дешевле. Сейчас МП3 плейер имеет вычислительную мощность на порядки больше, чем первый компьютер, созданный для решения сверх ответственных военных и научных задач. Про размер и самое главное — потребление энергии я молчу. Сейчас плотность вычислительных устройств настолько высока, что впору применять к ней статистические методы. Когда-то видел отличную статью, где приводилась суммарная выч. мощность устройств в разрезе выч. мощности одного устройства и оказалось, что вся сила не в суперкомпьютерах, а в дешевых мобильных телефонах.
Вместе с удешевлением компьютеров подешевели и системы связи. Блютус есть почти везде и я не уверен, что в моих кроссовках его нет. И вот именно сейчас не осталось преград для того, чтоб все эти маленькие слабенькие вычислительные машинки объединились в один большой сиреневый вычислительный туман.
В основе «тумана» лежит «капля» — чип микроконтроллера с памятью и интерфейсом для передачи данных на борту, и чип беспроводной связи типа Mesh (сенсорная сеть). Питание «капля» получает от маленькой батарейки, которой тем не менее хватит на пару лет работы с регулярными перерывами на сон (picoPower от Atmel рулит). К «капле» могут быть подключены устройства ввода (датчики всех мастей, от температуры и напряжения до положения в пространстве и уровня ультрафиолетового излучения) и вывода (светодиоды, жк и лед индикторы, сухие контакты и т.п.) Уже попахивает Скайнетом, не правда ли?
«И вот когда мы в двух шагах от груды сказочных богатств. » — как пел герой известного мультмюзикла, остается самое интересное — в этой сети может хранится и обрабатываться информация, непосредственно не связанная с этими самыми датчиками. Очевидно, что для большинства задач производительности современных микроконтроллеров более чем достаточно и мы получаем поле избыточной вычислительной мощности. А денег, патронов и вычислительной мощности, как известно, лишних никогда не бывает.
Для обеспечения более производительной передачи данных, в тумане будут создаваться дополнительные туннели — некоторые «капли» могут иметь высокоскоростные интерфейсы и обеспечивать лучшую связность тумана. Не пройдет и 10 лет как вычислительный туман охватит весь ареал обитания человека разумного и из коммерческих частных облаков вычисления уйдут в туман, который не имеет собственника. Программы будут паразитировать на вычислительном тумане и конкурировать между собой. Это будет экосистема, на порядок более живая, чем Интернет.
Вот такая вот у нас получается штука. Поживем увидим, был ли прав С.Лем в своем «Футурологическом конгрессе» и я в вычислительном тумане?
Размышления о «туманных вычислениях»
Доброго времени суток.
На Хабре уже мелькала статья на данную тематику. Я хочу попробовать развить эту тему, и поделиться своими мыслями — как бы оно могло быть.
Итак, что же такое «туманные вычисления», или «fog computing». Это вычисления, основанные на распределенной инфраструктуре с негарантированной доступностью. Топологически — это ячеистая (mesh) сеть с динамической маршрутизацией, узлами которой являются сравнительно однородные по вычислительной мощности компьютеры.
В идеале, в эру «туманных вычислений» компьютеры-узлы находятся буквально повсюду — под ногами, в воздухе, на улице… Они настолько миниатюрны и дешевы, что их можно носить с собой килограммами. В наше время это скорее всего будет какая-то программная среда, консолидируюшая ресурсы множества виртуализованных «капель», и позволяющая на такой параллельной машине выполняться программам, написанным под кросс-платформенные среды — платформенная зависимость в таком окружении будет убийственна. Скорей всего, речь будет идти о Java, CLR, Python, JavaScript…
Что касается аппаратной базы — вряд ли это будут микроконтроллеры в чистом виде — ресурсы микроконтроллера сильно ограничены и малодостаточны для создания разделяемой среды. А ведь скорей всего, «капли» будут обслуживать параллельно несколько потребителей. Но сама концепция исполнения таких устройств близка к концепции микроконтроллера, или SoC. По моему разумению выглядеть чип такого устройства будет следующим образом: на одном кристалле размещаются многоядерный CPU, GPU, 3-4 Гб DRAM, и 32 Гб SSD плюс периферийная логика по минимуму. Наружу выходит минимум интерфейсов — SATA и SD для «программирования» (записи ОС на SSD), HDMI+VGA+USB в случае если система используется в качестве рабочего места, LightPeak или 10GE для межсистемных коммуникаций. Если это управляющий узел — то GPIO. Возможно — какой-то локальный радиоинтерфейс. В целом такая система стремится к дизайну Atom CE или Raspberry Pi — минималистичный энергоэффективный вычислительный комплекс. Безусловно, найдется место и для аккумулятора, и для беспроводного приемника электроэнергии.
Программная основа в первую очередь, вероятно, будет включать в себя гипервизор, способный консолидировать мощность «туманной сети» и представлять их как одну многопроцессорную систему. Такой подход в свое время уже использовался в ОС OpenMosix. Запрошенные потребителем (другой «каплей») ресурсы выделятся в виде виртуальной машины, в которой запускается, например, bare-metal Java-машина. В ней развертывается пакет приложения, приложение запускается, и так далее…
Особо стоит упомянуть о роли компьютеров-каплей в качестве «пользовательского терминала» — это единственный сценарий, когда к «капле» подключается какая-то периферия. Мне это видится, как некие устройства оболочки, наподобие SmartDocks от Motorola: оболочка-смартфон, оболочка-планшет, оболочка-ноутбук, оболочка-десктоп. Оболочка-ноутбук и оболочка-десктоп вполне могут вмещать в себя несколько модулей, и таким образом нести многоузловой частный кластер, «облачко тумана». А человек превращается в реальную PAN.
При таком подходе апгрейд системы превращается в простое подключение новых узлов. Если узлы-капли будут размером с MicroSD-карточку, будущим системным блоком вполне может оказаться трехлитровая банка с пластинами беспроводного питания по торцам, и тоненькой ниточкой оптики к огромному монитору.
В такой ситуации «три килограмма контрафактных серверов» уже не выглядят бредом.
Суммируя вышесказанное, можно отметить, что нам не видать «туманных ПК» и «туманных сетей» пока не будут выполнены следующие требования:
За кадром остались вопросы аутентификации, авторизации, и разделения ресурсов «капли» несколькими «туманными сетями».