Периферийные и туманные вычисления

21.01.2016

В наши дни появилось много способов ускорения работы беспроводных сетей. Можно сказать, это не удивительно, так как мы ожидаем, что функционирование беспроводных сетей увеличится в три тысячи раз к 2025 году по сравнению с 2000 г. В моей сегодняшней заметке я хотел бы обсудить один из этих способов более подробно. Я выбрал тот способ, с которым я имею дело ежедневно в «Энергомониторе». Давайте поговорим о периферийных, или, иначе говоря, о «туманных» вычислениях.

На периферии Сети или в «тумане»

Откуда это название? Название указывает на тот факт, что, в отличие от облачных решений, которые предполагают хранение контента (данные, приложения и т.д.) в центре обработки данных, точки соприкосновения в «тумане» сдвинуты к краю сети (потому это и называется периферийные вычисления), или, другими словами, они разбросаны среди пользователей как будто бы в тумане (теперь вы имеете представление о «тумане»). Обе метафоры описывают одну и ту же вещь. «Облако» наверху, а «туман» опускается вниз к нам, пользователям, как любят говорить фанаты «туманных» вычислений.

Давайте подробнее рассмотрим образование «тумана». О чем идет речь? Как уже упоминалось, «туманные» вычисления предполагают перемещение интерфейса данных как можно ближе к пользователю. Данные передаются не посредством нескольких сетевых переходов к центральному «облаку», расположенному на другой стороне земного шара, но всего за один переход, прямо к ближайшему сетевому компоненту. Компонент отвечает за обработку и оценку данных, ответ на него, если это возможно, или возврат обратно в «облако».

How Edge / Fog computing works…
Как работают периферийные/«туманные» вычисления...
Почему Интернет физических объектов так близок к периферии?

Главным преимуществом «тумана» является ускоренная обратная связь, поступающей от удаленного центра данных. Это, в частности, имеет решающее значение для 5G мобильных сетей, поскольку, чем быстрее реакция, тем меньше задержки и неустойчивость синхронизации. Можно ли вообще сравнивать «туман» и «облако»?

таблица(ru).jpg

Позвольте мне изложить это в практическом плане. Тот контекст, с которым я в основном имею дело в связи с периферийными вычислениями – это умные города и тот бизнес, которым мы занимаемся в «Энергомониторе».

Каждый раз, когда мы снимаем некоторые показания с помощью «Энергомонитора» (температура, расход или любые другие показания), датчики наших счетчиков должны быть напрямую подключены к Интернету, или, точнее, к "домашней базе". Если мы рассмотрим это с точки зрения сетевой структуры, то «домашняя база» означает периферию. Мы пошли на это решение, в первую очередь, в силу практических, а также экономическим соображений – было бы очень дорого подсоединять каждый датчик к Интернету. Также было бы трудно поддерживать и управлять ими, не говоря уже о проблемах с их питанием, продолжительностью жизни батарей, и, наконец, не в последнюю очередь, со сложностью установки. Как бы то ни было, потом выяснилось, что сеть со звездной структурой HAN (домашняя сеть), сконцентрированная вокруг «домашней базы», дает массу дополнительных преимуществ.

Функции «домашней базы»

«Домашняя база», как периферийное устройство, делает все то, что датчик не в состоянии сделать, так как он оснащен простым (т.е. дешевым) процессором. «Домашняя база» подсчитывает показания датчика счетчика, умножает их на цену конкретной единицы, загруженной через облако, так что на локальном экране отображаются данные по потреблению энергии и затраты. Она также способна реагировать на превышения измеряемого значения, если это необходимо. Эта функция используется последним поколением устройств «домашней базы», оснащенных красной подсветкой дисплеев, которые сигнализируют о чрезмерном потреблении энергии.

«Домашняя база» для мониторинга потребления энергии с помощью «Энергомонитора»

Собственные облачные устройства были не в состоянии самостоятельно обеспечить расчет, они должны быть подключены к облачному серверу, что, впрочем, не было очень полезно, например, в случае автономных чрезвычайных операций. Использование полуавтономных операций, осуществляемых «домашней базой» (homebase), т.е. периферийным устройством, оказалось решающим фактором для автономных термостатов. Еще одним преимуществом периферийных решений с точки зрения конечного потребителя является то, что устройство «домашней базы» может быть спрятано где-нибудь на стене, в то время как потребитель имеет дело с регулятором термостата, оснащенным дисплеем и клавиатурой. Потребитель управляет системой отопления с помощью регулятора, и делать это не сложно. Показания отправляются в устройство «домашней базы» и далее, если это необходимо. Потребитель также может управлять системой отопления онлайн, через приложение. Показания передаются в устройство «домашней базы» через «облако», а затем на дисплей, так что потребитель всегда остается в курсе о показаниях температуры. Устройство также может работать в автоматическом режиме, это означает, что температурная кривая генерируется отчасти «облаком», отчасти «домашней базой», исходя из текущих погодных условий, а также требований регулятора. Важным при этом является тот факт, что нагрев происходит, даже если Интернет не работает, так как «домашняя база» "знает", что делать. Единственная проблема заключается в том, что если «домашняя база» не получает свежих данных по погодным условиям, она продолжает нагрев, независимо от того, повышалась ли температура за окном последние полчаса, или нет. Устройство не полностью зависит от работающих подключений к Интернету, но все же оно должно получать обновленные данные, чтобы оставаться "умным". Я надеюсь, этот пример достаточно ясен, чтобы объяснить, что такое «туман» и периферийное устройство, и каковы преимущества концепции. Очевидно, что в мире Интернета физических объектов (IoT) они были обнаружены за много лет многими различными разработчиками на основе метода проб и ошибок.

Почему же многие ИТ-компании, такие как Dell, так оптимистичны, когда дело доходит до периферийных вычислений? Почему они поддерживают их так активно? И почему они думают, что это будет выгодно? Говоря о Dell, как мы увидим, компания была рад продавать свои собственные серверы в качестве периферийных устройств.

Dell Edge Gateway
Периферийный шлюз Dell
Святой Грааль Универсальной Домашней Базы

Периферийное устройство может быть снабжено интерфейсом прикладных программ (API), способным регистрировать множество различных устройств IoT, которые будут делиться своими профилями с периферийным устройством. Профили, загруженные из «облака», будут содержать данные, необходимые для создания и предоставления услуг с помощью API, преобразовывая сигналы по операциям, которые периферийное устройство в состоянии выполнить, то есть, что следует передать в «облако», что отправить назад к датчику или другому устройству IoT. Основное практическое преимущество этого решения очевидно: достаточно иметь только одно устройство, работающее с множеством систем. Одно и то же устройство будет контролировать «Энергомонитор», Hue, NetAtmo и т.д. Это даст более прозрачную структуру, большую легкость управления и объединения в сеть, а также гораздо более быструю беспроводную сеть, и, конечно, более низкие цены. И, последнее, что важно: можно перейти на надежный рынок для поставщиков периферийного аппаратного обеспечения, таких как Dell. Теперь все точки связаны!

Впрочем, все имеет свои плюсы и минусы. Во-первых, кажется, очень трудно создать и обеспечить условия для третьих лиц, которые были бы достаточно безопасными, стабильными и автоматизированными для беспокойного мира Интернета физических объектов. Вот та причина, почему все компании IoT делают собственные периферийные устройства (например, как мы их делаем) и почему в Вашем доме масса разных умных "коробок" вместо одной. Это имеет смысл, если мы учтем тот факт, что значительно дешевле сделать одноцелевое аппаратное устройство, чем одно многоцелевое, универсальное, при этом SW и HW-совместимое. Во всяком случае, мы на правильном пути к универсальности, хотя это и займет некоторое время. Кроме того, это еще и вопрос политики. Компании не хотят отказываться от шанса стать своего рода "периферийным хабом" в будущем. Пока что они не готовы или технологически недостаточно развиты, чтобы решить эту задачу. В этом году некоторые компании, такие как Samsung, LG или Google, будут пытаться изменить это. Они уже представили свои первые домашние, подключенные к маршрутизатору "периферийные хабы" на выставках, но все они имеют свои минусы. Например, Google упорно настаивает на своем собственном радио-протоколе потока, к тому же они продолжают оставаться несовместимыми с термостатом Nest, который стремится к тому же. На самом деле, причиной большинства проблем, связанных с построением подлинно универсального периферийного устройства, являются те самые различные радио-протоколы и очень широкий диапазон функций, который охватывают в настоящее время устройства IoT.

По настоящему "универсальные" периферийные устройства в настоящее время находят применение в сложных промышленных установках, а не в домашних хозяйствах, поскольку сценарии и технологические процедуры там более предсказуемы. Тем не менее, существует негласное правило, согласно которому большинство испытанных в промышленности решений приходят затем на массовый рынок. Один из немногих примеров на местном рынке – это Turris Omnia, многоцелевой домашний маршрутизатор, поддерживающий различные устройства IoT. Эти ребята действительно поставили высокие цели, и мы молимся за них.

Сколько это стоит?

Важность периферийных устройств и «туманных» сетей будет расти рука об руку с увеличением числа устройств IoT, все более доступных и умных. Их бесперебойная работа будет нарушаться многими разнородными и несовместимыми протоколами передач, такими как HTTP/S, MQTT, STOMP, AMQP Zigbee, Zwave, BTSmart, wmbus, и многими другими (включая наши собственные Chirp). Приведение в соответствие займет много времени, поскольку для различных целей используют разные радио-протоколы, так же как каждый протокол передачи сообщений имеет свое собственное применение.

Как бы то ни было, на данный момент кажется, что роль API в периферийных устройствах будет возрастать, и это подходящее время для того, чтобы поймать волну и начать создавать среду для встраиваемых устройств. На самом деле мы еще много не знаем о той партии, которую разыгрывают такие большие шишки, как Google/Nest, Apple, Samsung, LG или производители маршрутизаторов D-Link, Netgear Ubiquit, Cisco/Linksys или Synology, которые замечают растущий спрос на смарт-маршрутизаторы и, несомненно, не пройдут мимо него. Так что, безусловно, можно ожидать в ближайшее время переполнение рынка периферийных устройств, с которым будет трудно иметь дело.


Возврат к списку