Периферійні та туманні обчислення

21.01.2016

В наші дні з’явилося багато способів прискорення роботи безпровідних мереж. Можна сказати, це не дивно, оскільки ми очікуємо, що функціонування безпровідних мереж збільшиться в три тисячі разів до 2025 року, порівняно з 2000 р. У моїй сьогоднішній статті я хотів би обговорити один з цих способів більш детально. Я обрав той спосіб, з яким я маю справу щодня в «Енергомоніторі». Давайте поговоримо про периферійні, або, інакше кажучи, про «туманні» обчислення.

На периферії Мережі або в «тумані»

Звідки ця назва? Назва вказує на той факт, що, на відміну від хмарних рішень, які передбачають зберігання контенту (дані, додатки і т.д.) в центрі обробки даних, точки дотику в «тумані» зсунуті до краю мережі (тому це і називається периферійними обчисленнями), або, іншими словами, вони розкидані серед користувачів, ніби в тумані (тепер ви маєте уяву про «туман»). Обидві метафори описують одну й ту ж річ. «Хмара» вгорі, а «туман» опускається вниз, до нас, користувачів, як полюбляють говорити фанати «туманних» обчислень.

Давайте детальніше розглянем утворення «туману». Про що йде мова? Як вже згадувалося, «туманні» обчислення передбачають переміщення інтерфейсу даних якомога ближче до користувача. Дані передаються не за допомогою декількох мережевих переходів до центральної «хмари», розташованої на іншому боці земної кулі, а всього лише за один перехід, безпосередньо до найближчого мережевого компонента. Компонент відповідає за обробку та оцінку даних, відповідь на нього, якщо це можливо, або повернення назад до «хмари». Це дещо нагадує роботу мереж CDN (мережа доставки контенту), за винятком того факту, що CDN просто зберігає заздалегідь підготовлені дані та надсилає їх клієнту, який обрав їх певну частину, з найближчого сховища. На відміну від CDN, в «тумані» можливо не лише зберігати, але й обробляти дані, окрім того, він створює та надсилає свої власні дані, які можуть обновлятися асинхронно через «хмару».

How Edge / Fog computing works…
Чому Інтернет фізичних об’єктів є так близький до периферії?

Головною перевагою «туману» є прискорений зворотній зв’язок, який поступає від віддаленого центру даних. Це, зокрема, має вирішальне значення для 5G мобільних мереж, оскільки, чим швидша реакція, тим меншою є затримка та нестійкість синхронізації. Чи можливо взагалі порівнювати «туман» та «хмару»?

таблица (2).jpg

Дозвольте мені викласти це в практичному плані. Той контекст, з яким я, в основному, маю справу, в зв’язку з периферійними обчисленнями – це розумні міста і той бізнес, яким ми займаємося в «Енергомоніторі».

Кожного разу, коли ми знімаємо деякі покази за допомогою «Енергомонітора» (температура, витрата чи будь-які інші покази), датчики наших лічильників повинні бути безпосередньо підключені до Інтернету, або точніше, до «домашньої бази». Якщо ми розглянемо це з точки зору мережевої структури, то «домашня база» означає периферію. Ми пішли на це рішення, в першу чергу, з практичних, а також економічних міркувань – було б надто дорого підключати кожен датчик до Інтернету. Також було б важко підтримувати та керувати ними, не кажучи вже про проблеми з їх живленням, тривалістю життя батарей, і нарешті, не в останню чергу, зі складністю встановлення. Як би там не було, але згодом з’ясувалося, що мережа із зірковою структурою HAN (домашня мережа), сконцентрована довкола «домашньої бази», надає масу додаткових переваг.

Функції «домашньої бази»

«Домашня база», як периферійний пристрій, робить все те, що датчик не в змозі зробити, оскільки він оснащений простим (тобто, дешевим) процесором. «Домашня база» підраховує покази датчика лічильника, множить їх на ціну конкретної одиниці, завантаженої через хмару, таким чином на локальному екрані відображаються дані по споживанню енергії, а також затрати. Вона також здатна реагувати на перевищення вимірюваного значення, якщо це необхідно. Дана функція використовується останнім поколінням пристроїв «домашньої бази», оснащених червоним підсвічуванням дисплеїв, які сигналізують про надмірне споживання енергії.

«Домашня база» для моніторингу споживання енергії за допомогою «Енергомонітора»

Власні хмарні пристрої були не в змозі самостійно забезпечити розрахунок, вони повинні бути підключені до хмарного серверу, що, втім, не було дуже корисним, наприклад, у випадку автономних надзвичайних ситуацій. Використання напівавтономних операцій, які здійснюються «домашньою базою» (homebase), тобто периферійним пристроєм, виявилося вирішальним фактором для автономних термостатів. Ще однією перевагою периферійних рішень, з точки зору кінцевого споживача, є те, що пристрій «домашньої бази» може бути схований десь на стіні, в той час, як споживач має справу з регулятором термостату, обладнаним дисплеєм та клавіатурою. Споживач керує системою опалення за допомогою регулятора, і робити це не є складно. Покази надсилаються в пристрій «домашньої бази», і далі, куди це необхідно. Споживач також може керувати системою опалення онлайн, через додаток. Покази передаються до пристрою «домашньої бази» через «хмару», а потім – на дисплей, таким чином споживач завжди залишається в курсі показів температури. Пристрій також може працювати в автоматичному режимі. Це означає, що температурна крива генерується частково «хмарою», частково «домашньою базою», виходячи з поточних погодних умов, а також вимог регулятора. Важливим при цьому є той факт, що нагрів відбувається, навіть якщо Інтернет не працює, оскільки «домашня база» «знає», що робити. Єдина проблема полягає в тому, що якщо «домашня база» не отримує свіжих даних стосовно погодних умов, вона продовжує нагрів, незалежно від того, чи підвищувалася температура за вікном протягом останніх півгодини, чи ні. Пристрій не повністю залежить від працюючих підключень до Інтернету, але все ж таки, він повинен отримувати оновлені дані, щоб залишатися «розумним». Я сподіваюсь, цей приклад є достатньо зрозумілим, щоб пояснити, що таке «туман» і периферійний пристрій, і якими є переваги даної концепції. Вочевидь, що у світі Інтернету фізичних об’єктів (IoT) вони були виявлені за багато років багатьма різними розробниками на підставі методу проб та помилок.

Чому ж багато ІТ-компаній, такі як Dell, є так оптимістичні, коли справа доходить до периферійних обчислень? Чому вони підтримують їх так активно? І чому вони думають, що це буде вигідно? Говорячи про Dell, як ми побачимо, компанія була рада продавати свої власні сервери в якості периферійних пристроїв.

Dell Edge Gateway
Периферійний шлюз Dell
Святий Грааль Універсальної Домашньої Бази

Периферійний пристрій може бути обладнаний інтерфейсом прикладних програм (API), здатним реєструвати безліч різноманітних пристроїв IoT, які будуть ділитися своїми профілями з периферійним пристроєм. Профілі, завантажені з «хмари», будуть містити дані, необхідні для створення та надання послуг за допомогою API, перетворюючи сигнали за операціями, які периферійний пристрій в стані виконати, тобто, що слід передати у «хмару», що надіслати назад до датчика чи до іншого пристрою IoT. Основна практична перевага цього рішення є очевидною: достатньо мати лише один пристрій, який працює з безліччю систем. Один і той самий пристрій буде контролювати «Енергомонітор», Hue, NetAtmo і т.д. Це дасть більш прозору структуру, більшу легкість керування та поєднання в мережу, а також набагато швидшу безпровідну мережу, і, звичайно, більш низькі ціни. І останнє, що важливо: можливо перейти на надійний ринок для постачальників периферійного апаратного забезпечення, таких як Dell. Тепер усі точки пов’язані!

Втім, все має свої плюси та мінуси. По-перше, здається, що дуже важко створити та забезпечити умови для третіх осіб, які були б достатньо безпечними, стабільними та автоматизованими для неспокійного світу Інтернету фізичних об’єктів. Ось та причина, чому всі компанії IoT роблять власні периферійні пристрої (наприклад, як ми їх робимо), і чому у Вашому будинку є багато різноманітних розумних «коробок» замість однієї. Це має зміст, якщо ми врахуємо той факт, що значно дешевше зробити одноцільовий апаратний пристрій, аніж один багатоцільовий, універсальний, при цьому SW та HW-сумісний. У всякому разі, ми на правильному шляху до універсальності, хоча це і займе деякий час. Окрім цього, це є ще й питання політики. Компанії не бажають відмовлятися від шансу стати свого роду «периферійним хабом» у майбутньому. Поки що вони не готові або технологічно не є достатньо розвинуті, щоб вирішити це завдання. Цього року деякі компанії, такі як Samsung, LG або Google, будуть намагатися це змінити. Вони вже надали свої перші домашні, підключені до маршрутизатора, «периферійні хаби» на виставках, але всі вони мають свої мінуси. Наприклад, Google переконливо наполягає на своєму власному радіо-протоколі потоку, до того ж, вони продовжують залишатися несумісними з термостатом Nest, який прагне цього ж. Насправді, причиною більшості проблем, пов’язаних з побудовою справді універсального периферійного пристрою, є ті ж самі різноманітні радіо-протоколи, а також дуже широкий діапазон функцій, який охоплюють на сьогодні пристрої IoT.

По справжньому «універсальні» периферійні пристрої в даний час знаходять застосування в складних промислових установках, а не в домашніх господарствах, оскільки сценарії та технологічні процедури там є більш передбачувані. Проте, існує негласне правило, згідно якого більшість випробуваних у промисловості рішень згодом переходять на масовий ринок. Один з небагатьох прикладів на місцевому ринку – це Turris Omnia, багатоцільовий домашній маршрутизатор, який підтримує різноманітні пристрої IoT. Ці хлопці дійсно поставили високі цілі, і ми молимося за них.

Скільки це коштує?

Важливість периферійних пристрої та «туманних» мереж буде зростати пліч-о-пліч зі збільшенням кількості пристроїв IoT, все більш доступних та розумних. Їх безперебійна робота буде порушуватися багатьма різнорідними та несумісними протоколами передачі даних, такими як HTTP/S, MQTT, STOMP, AMQP Zigbee, Zwave, BTSmart, wmbus, та багатьма іншими (включаючи наші власні Chirp). Приведення у відповідність займе багато часу, оскільки для різних цілей використовуються різні радіо-протоколи, так само, як кожен протокол передачі повідомлень має своє власне застосування.

Як би там не було, на даний момент здається, що роль API в периферійних пристроях буде зростати, і це вдалий час для того, щоб зловити хвилю та почати створювати середовище для вбудованих пристроїв. Насправді, ми ще багато не знаємо про ту партію, яку розігрують такі великі шишки, як Google/Nest, Apple, Samsung, LG або виробники маршрутизаторів D-Link, Netgear Ubiquit, Cisco/Linksys або Synology, які помічають зростаючий попит на смарт-маршрутизатори та, без сумніву, не пройдуть повз нього. Так що, безумовно, можна очікувати найближчим часом переповнення ринку периферійних пристроїв, з яким буде важко мати справу.


Назад до списку